CORAL-DAP

一个基于我朋友设计的 STM32F103 开发板上的 STM32F042 的实验性 CMSIS-DAP v1 (USB HID) 调试探针项目。

当前定位：已在配套硬件上完成 STM32F103CB 连接、读写和烧录验证的 CMSIS-DAP bring-up / 学习项目

它的目标不是完整复刻官方 DAPLink，而是在资源有限的 STM32F042 上， 尝试实现一个可以被主机识别的 CMSIS-DAP HID probe，并通过 GPIO bit-bang 的方式驱动 SWD。

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项目简介

这个仓库最初是一个 STM32CubeMX 生成的 STM32F042 工程，后续逐步加入了：

• USB Custom HID 设备描述符
• 最小 CMSIS-DAP v1 命令集
• 基于 GPIO 的 SWD bit-bang
• 目标 nRESET 控制
• 用于 OpenOCD 的简单配置文件

当前代码更适合以下用途：

• 学习 CMSIS-DAP / SWD 的基础机制
• 研究 USB HID 枚举与主机识别流程
• 作为后续自定义调试探针固件的起点
• 记录一次“从零 bring-up 一个 CMSIS-DAP probe”的尝试

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当前状态

已完成

• 工程可基于 CMake / STM32CubeMX 结构构建
• USB 以 HID 设备方式枚举
• 主机侧可识别为 CMSIS-DAP 设备
• pyocd list 可以识别 probe
• openocd 可以识别 probe 并初始化 CMSIS-DAP 接口
• 已实现基础 CMSIS-DAP v1 命令路径
• 已加入目标 nRESET 控制
• 已验证读取 STM32F103CB 的 DPIDR、CPUID、DBGMCU ID 和 Flash 容量
• 已验证 OpenOCD 擦除、烧录、读回校验、复位和断点控制
• 已修正 SWD ACK 相位、turnaround、AP posted read 和 DAP_TransferBlock
• 附带并实机验证 F103_Blinky 闪灯示例

当前限制

• 不是完整 DAPLink
• 只声明并验证了 SWD，不提供 JTAG/SWO
• 不包含 MSC/U 盘拖拽烧录
• 不包含 CDC 虚拟串口
• GPIO bit-bang 有效时钟上限限制为 1 MHz，推荐从 100 kHz 开始
• 目前的实机验证对象是配套 STM32F103CB 板，不保证与所有目标板和主机工具兼容

如果你正在寻找一个“开箱即用、生产可用”的 DAPLink 固件，这个仓库并不是那个目标。

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这是什么 / 这不是什么

这是

• 一个 STM32F042 + USB HID + SWD bit-bang 的实验项目
• 一个 最小 CMSIS-DAP v1 的实现尝试
• 一个偏向学习和记录过程的仓库

这不是

• 不是官方 Arm DAPLink
• 不是完整的 CMSIS-DAP 固件发行版
• 不是生产级调试器
• 不是“拖拽烧录器 + 串口 + 调试器”三合一方案

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硬件说明

主控

• STM32F042

当前引脚定义

功能	引脚
LED	PB8
SWDIO / TMS	PA4
SWCLK / TCK	PA5
TDO	PA6
TDI	PA7
Target nRESET	PB1

注：

• 当前实现主要走 SWD，因此真正关键的是：
  • PA4 -> 目标 SWDIO
  • PA5 -> 目标 SWCLK
  • PB1 -> 目标 NRST
  • GND -> 目标 GND
• PA6 / PA7 主要保留给 JTAG 风格引脚命名或扩展实验，并不是当前 SWD bring-up 的核心路径。

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项目结构

.
├── Core/
│   ├── Inc/
│   └── Src/
├── Drivers/
├── Middlewares/
│   └── ST/STM32_USB_Device_Library/
├── USB_DEVICE/
│   ├── App/
│   │   ├── usb_device.c
│   │   ├── usbd_desc.c
│   │   └── usbd_custom_hid_if.c
│   └── Target/
├── cmake/
│   └── stm32cubemx/
├── F103_Blinky/
│   ├── main.c
│   ├── startup_stm32f103cb.s
│   ├── STM32F103CB_FLASH.ld
│   └── CMakeLists.txt
├── STM32F042XX_FLASH.ld
├── CMakeLists.txt
└── daplink.cfg

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核心实现说明

1. USB HID 设备

项目使用 STM32 USB Device Library 的 Custom HID 类实现 USB 通讯。

当前实现采用：

• 64-byte IN / 64-byte OUT vendor HID report
• 通过 HID 传输 CMSIS-DAP v1 命令包

2. CMSIS-DAP 协议

当前代码实现了一个可供 OpenOCD 使用的 CMSIS-DAP v1 命令路径，包含但不限于：

• DAP_Info
• DAP_Connect
• DAP_Disconnect
• DAP_SWJ_Pins
• DAP_SWJ_Clock
• DAP_SWJ_Sequence
• DAP_SWD_Configure
• DAP_TransferConfigure
• DAP_Transfer
• DAP_TransferBlock
• DAP_ResetTarget

3. SWD 实现方式

当前 SWD 并不是使用专用调试外设，而是：

• 使用 GPIO 模拟 SWDIO / SWCLK
• 手动处理：
  • line reset
  • turnaround
  • ACK 读取
  • 数据读写
  • parity

因此它本质上是一个 bit-bang SWD 实现。

本次修复重点包括：

• 让每个 SWD bit 的周期结束于 SWCLK 高电平，目标在正确边沿返回 ACK
• 在 turnaround 完成后再切换 SWDIO 输出方向，避免主机与目标争用总线
• 正确处理 WAIT / FAULT、data phase、parity、idle cycles 和写入 flush
• 正确实现 AP posted read，并通过 DP RDBUFF 取回最后一个 AP 结果
• 修正 DAP_TransferBlock 的包字段偏移和单包边界
• 修正 HID report descriptor 的实际长度，避免 Windows HID Code 10
• 避免在 USB 中断回调中调用 HAL_Delay

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构建

环境要求

推荐使用：

• STM32CubeCLT / GNU Arm Embedded Toolchain
• CMake >= 3.22
• Ninja（可选）
• CLion / VSCode / 命令行均可

构建示例

cmake --preset Release
cmake --build --preset Release

说明：

STM32F042 的 Flash 很紧张，建议优先使用 Release 或体积优化配置构建。 Debug 配置下可能更容易遇到空间不足。

生成文件位于 build/Release/coral-dap.elf。

构建 STM32F103CB 闪灯示例

确保 arm-none-eabi-gcc、CMake 和 Ninja 已加入 PATH：

cmake -S F103_Blinky -B build/F103_Blinky -G Ninja \
  -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=gcc-arm-none-eabi.cmake \
  -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
cmake --build build/F103_Blinky

示例使用复位后的 8 MHz HSI 和 SysTick，每 500 ms 翻转一次 PB13。原理图中 PB13 通过 Q1（2N7002）驱动 D6/L13，因此高电平点亮 LED。

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烧录

使用外部 CMSIS-DAP 烧录 STM32F042

daplink.cfg 可以通过 DAP_TARGET=f042 切换到 F042。只有一个 CMSIS-DAP 时可省略 DAP_SERIAL：

openocd \
  -c "set DAP_TARGET f042" \
  -c "set DAP_SERIAL <external-probe-serial>" \
  -f daplink.cfg \
  -c "program build/Release/coral-dap.elf verify reset exit"

使用板载 F042 DAP 烧录 STM32F103CB

默认目标就是 F103：

openocd -f daplink.cfg \
  -c "program build/F103_Blinky/f103_blinky.elf verify reset exit"

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主机侧验证

1. 检查 USB 枚举

lsusb
sudo lsusb -v -d <VID:PID>

2. 检查 pyOCD 识别

pyocd list

3. 检查 OpenOCD 识别

openocd -f daplink.cfg \
  -c "init; reset halt; mdw 0xE000ED00 1; mdw 0xE0042000 1; mdh 0x1FFFF7E0 1; shutdown"

配套 STM32F103CB 实机验证结果：

• F042 probe firmware：0.3
• SWD DPIDR：0x1BA01477
• Cortex-M3 CPUID：0x411FC231
• DBGMCU IDCODE：0x20036410
• Flash size：0x0080，即 128 KiB

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daplink.cfg

仓库附带的 daplink.cfg 同时支持两个工作流：

• 默认：使用板载 F042 CMSIS-DAP 调试/烧录 STM32F103CB，速度 100 kHz
• DAP_TARGET=f042：使用外部 CMSIS-DAP 烧录 STM32F042，速度 1 MHz

示例：

openocd -f daplink.cfg

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已知问题

• 其他目标板上的 SWD 稳定性仍依赖：
  • 目标板实际硬件连接
  • nRESET 控制
  • 目标板当前固件是否关闭 SWD/JTAG
  • bit-bang 时序是否合适
• 主机请求超过 1 MHz 时，当前固件会把 GPIO bit-bang 有效时钟限制在 1 MHz
• 目前未实现 SWO、JTAG、CMSIS-DAP packet queue、MSC 和 CDC
• 该项目更适合学习与实验，不适合直接作为生产工具使用

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后续可改进方向

如果未来继续推进，这个项目可以往这些方向演进：

• 继续提升高速 SWD 时序稳定性
• 适配更多目标 MCU
• 增加更可靠的 nRESET / connect-under-reset 流程
• 补充串口日志或调试输出
• 优化 Flash 占用
• 增加更完整的 CMSIS-DAP 命令覆盖
• 评估是否迁移到更大容量 MCU

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原理图

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PCB

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适合谁阅读这个仓库

这个仓库更适合：

• 想了解 CMSIS-DAP 基本工作方式的人
• 想自己做一个简单 SWD probe 的人
• 想研究 STM32 USB HID + bit-bang SWD 的人
• 想看一次实际 bring-up 过程的人

不太适合：

• 想直接获得稳定量产级调试器固件的人
• 想一步到位获得完整 DAPLink 功能的人

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免责声明

这是一个实验性项目。

当前代码主要用于：

• 学习
• 验证
• 记录
• 继续迭代的起点

请不要将其视为已经完整验证的生产级调试器固件。

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License

如需开源发布，建议你根据自己的意愿补充许可证，例如：

• MIT
• BSD-3-Clause
• Apache-2.0

示例：

MIT License

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致谢

• 我的朋友天野xcvista，是他提供的原理图和 PCB 设计让我能够快速搭建这个项目。
• STM32CubeMX / STM32 HAL
• STM32 USB Device Library
• CMSIS-DAP / Arm Debug Interface 相关公开资料
• OpenOCD / pyOCD 生态