CMSIS-DAPの概要と使い方/KernelVM Online5

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CMSIS-DAP の概要と使い⽅ Toshifumi NISHINAGA (CV: ついなちゃん) @tnishinaga 2022-08-28 KernelVM Online 5 https://speakerdeck.com/tnishinaga/kernelvm-online-5-cmsis-dap 1

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⾃⼰紹介 • tnishinaga(CVついなちゃん） • 前回(kernelvm online 4)でJTAGで armプロセッサをデバッグする発表した⼈ • https://speakerdeck.com/tnishinaga /kernelvm-online4 2

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背景 3

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4 セキュキャンで受講⽣とJTAGデバッガ作りたい！ 2021年の講義で使ったIC FT232HL売ってるかな！？背景

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5 在庫なし 2022年03⽉頃世は半導体不⾜継続中

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6 Raspberry Pi PicoのIC(RP2040)は潤沢。 PicoをCMSIS-DAPデバッガにするプロジェクトがある。これを使おう！ https://github.com/ciniml/rust-dap 背景

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疑問 7 rust-dapはJTAGコマンドが未実装。実装したいがCMSIS-DAPの仕様を知らない。どうやれば制御できるの？

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資料の⽬標 • 以下を共有する • CMSIS-DAPとは何か、どんな機能があるか • CMSIS-DAPの制御⽅法 8

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armデバッグのおさらい 9

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この節の⽬的 • armプロセッサデバッグの概要を理解する • 今後の登場⼈物である以下のおさらいをする • JTAG • SWD • ※ armプロセッサデバッグの⽂脈を前提に説明 10

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プロセッサデバッグの概要 gdb OpenOCD Interface Target gdb server USB JTAG SWD 11 ↑今⽇やるのはここ

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Interface Processor JTAG armプロセッサデバッグの概要 12 DAP TAP Processor Core SWD JTAG SWD DPACC APACC TCK TMS TDI TDO SWDIO, SWCLK opcode data Core Sight Regist er Debug Unit D P A P

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JTAG • プロセッサをデバッグする標準的なインターフェースの1つ • 以下の4 +α本の線を使う • TMS • TCK • TDI • TDO • プロセッサ側のJTAG TAPとデータをやり取りする 13 Interface JTAG TAP JTAG DPACC APACC TCK TMS TDI TDO D P A P

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SWD • armプロセッサのデバッグ専⽤インターフェース • 主にマイコンで使う • 以下の2線を使う(JTAGと共通) • SWCLK(TCK) • SWDIO(TMS) • DP/APと直接32bit値を交換する 14 Interface SWD SWD SWDIO, SWCLK D P A P

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Interface Processor JTAG armプロセッサデバッグの概要 16 DAP TAP Processor Core SWD JTAG SWD DPACC APACC TCK TMS TDI TDO SWDIO, SWCLK opcode data Core Sight Regist er Debug Unit D P A P

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CMSIS-DAPとは 18

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この節の⽬的 • CMSIS-DAPとは何かを知る • CMSIS-DAPの特徴的な機能を知る 19

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CMSIS-DAPとは？ • DAPとの通信に特化した機能を持つデバッグインターフェースファームウェア • マイコンにCMSIS-DAP firmwareを書き込んで作る • 今回はJTAG/SWDデバッグ機能に絞って解説 • 他にも⾊々機能があるが使えるかはJTAG/SWD含め実装依存 20 画像は以下より引⽤ https://arm- software.github.io/CMSIS_5/latest/DAP/h tml/index.html

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CMSIS-DAPのデバッグコマンド • JTAG • JTAGを直接制御するコマンド • SWD • SWDを直接制御するコマンド • transfer(←注⽬) • CoreSightレジスタに直接アクセスするコマンド 22 DAP PC CMSIS- DAP JTAG SWD DP AP CoreSight Register

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transferコマンド • CoreSightレジスタに直接アクセスするコマンド • 実態はJTAG/SWD制御を CMSIS-DAPインターフェース側にオフロードしてる • コマンドに応じてCMSIS- DAPインターフェースが JTAG/SWDを⾃動制御 23 DAP PC CMSIS- DAP JTAG SWD DP AP CoreSight Register transfer

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CMSIS-DAPの使い⽅ openocdとかpyocdとかで使うだけなので省略 24

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CMSIS-DAPを直接制御する 25

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この節の⽬的 • CMSIS-DAPを⾃分で制御できるものにする • ブラックボックスにしない 26

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CMSIS-DAPはオープンソース • CMSIS-DAPコマンドの仕様 • https://arm- software.github.io/CMSIS_5/latest/DAP/html/group__DAP__Comm ands__gr.html • マイコンのFirmware実装 • https://github.com/ARMmbed/DAPLink • arm公式のfirmware • https://github.com/ciniml/rust-dap • rust実装版 27

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CMSIS-DAPとの通信 28 PC CMSIS-DAP USB bulk • CMSIS-DAPはUSB bulk通信で制御 • 仕様に沿ってバイナリコマンドをやり取りする • 仕様書 • https://arm- software.github.io/CMSIS_5/latest /DAP/html/group__DAP__Comma nds__gr.html

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rustを使った制御例 • Infoコマンドを実⾏するコードを書いてみる • rusb crateを使ってUSB bulk通信をやるだけ 29 Infoコマンドの⼊⼒と応答フォーマット。以下より引⽤ https://arm- software.github.io/CMSIS_5/latest/DAP/html/grou p__DAP__Info.html

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コード 30 • open, read, write まで

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コード 31 • CMSIS-DAPの Infoコマンド

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実⾏結果 • id=0x01でinfoを⾒る • Hogeが返ってくる • rust-dapの実装依存 32 https://github.com/tnishinaga/cmsis-dap-control- practice/blob/a16e30cf67781ac8b60fc64f7fb4eefe7742edab/src/minimal_example.rs

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まとめ 33

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まとめ • CMSIS-DAPはJTAG/ SWD が使えるデバッグインターフェースのファームウェア • 何が使えるかは実装依存 • arm専⽤の通信をオフロードするコマンドがある • CMSIS-DAPはUSB bulk通信で制御できる 34

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参考資料 • armのページ • CMSIS-DAP Version 2.1.1 • https://arm-software.github.io/CMSIS_5/latest/DAP/html/index.html • About CMSIS-DAP • https://developer.arm.com/documentation/101451/0100/About-CMSIS-DAP • 特殊電⼦回路株式会社（なひたふさん）のページ • SWDって何？ • http://www.tokudenkairo.co.jp/jtag/adv2018/08.php • CMSIS-DAPってなに？ • http://rx.tokudenkairo.co.jp/cmsisdap/cmsisdap.html 35

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おまけ 36 https://twitter.com/ciniml/status/1546712514850828288

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おまけ 37 open source最⾼！！！

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おしまい 38