PAYATHON 2026

OpenOCD Raspberry pi Bit Bang SWD 无法连接 DP 并读取 IDR

排障赵师傅

结论

USB device firmware 通常不会直接导致 SW-DP 消失。STM32F407 的 USB FS 使用 PA11/PA12，SWD 使用 PA13/PA14。OpenOCD 读取调试端口的 DPIDR 时，Flash 中的应用代码还没有执行。

ST-Link 可以正常连接，但 mass erase 后 Raspberry Pi GPIO Bit Bang 仍然读不到 DP，问题更可能出在 Raspberry Pi 端，包括 SWD 时序、GPIO 方向切换、复位控制和信号完整性。Wrong Parity Error 也符合这类故障的特征：OpenOCD 收到了响应，但采样的数据位或校验位有误。

有一种情况需要单独考虑。如果程序启动后立即重配置 PA13/PA14、进入低功耗模式或关闭调试功能，普通 attach 可能失败，通常可以通过 connect-under-reset 连接。整片擦除后如果故障依旧，应先检查 Bit Bang 接口。

ST-Link 内部有专用调试硬件，可以可靠处理 SWDIO 双向切换、turnaround 周期、复位时序和信号采样。Raspberry Pi GPIO Bit Bang 依靠软件控制 GPIO，更容易受以下问题影响：

  • SWCLK 频率过高，目标端或 Raspberry Pi 无法稳定采样。
  • SWDIO 在读写切换时未及时释放，导致主机和目标同时驱动总线。
  • OpenOCD、Linux 内核或 Raspberry Pi 型号变化后，原来的 GPIO 时序参数不再适用。
  • reset_config 与实际的 NRST 接线不匹配。
  • SWDIO、SWCLK 没有合适的上拉或下拉，空闲电平不稳定。
  • 线缆过长、接地不良、供电噪声，或者接入 USB 后地电位发生变化。
  • Raspberry Pi GPIO 电平超出允许范围。GPIO 只能使用 3.3 V 逻辑，不能承受 5 V。
  • SWDIO 引脚编号、GPIO 模式或 peripheral base 配置不适用于当前 Raspberry Pi 型号。
  • 后台进程、内核驱动或 GPIO overlay 占用了相同的 GPIO。

mass erase 只能清除 MCU Flash，无法解决这些接口层问题。

先降低 SWD 时钟

排查 Bit Bang SWD 时，先降低 adapter speed。可用范围取决于 OpenOCD 版本和 Raspberry Pi GPIO driver，配置值不一定等于实际的 SWCLK 频率。

先从较低的值开始测试：

transport select swd
adapter speed 50

如果仍然失败，再继续降低：

adapter speed 10

启动命令可以参考下面的示例，其中接口配置文件需要替换为当前实际使用的文件：

openocd \
  -d3 \
  -f interface/raspberrypi-native.cfg \
  -c "transport select swd" \
  -c "adapter speed 50" \
  -f target/stm32f4x.cfg

部分 OpenOCD 版本已经修改了 Raspberry Pi GPIO driver 的名称和参数。如果配置文件来自较早的安装版本，应与当前版本附带的 interface/ 配置核对，重点检查 GPIO 编号、Raspberry Pi 型号和速度校准参数。

使用 connect-under-reset

如果 USB 固件启动后修改了 SWD 引脚、时钟或低功耗状态，应在 MCU 执行用户代码前保持 NRST 有效。

这种方式要求 Raspberry Pi 已经连接 STM32 的 NRST：

reset_config srst_only srst_nogate connect_assert_srst

然后尝试运行：

openocd \
  -d3 \
  -f interface/raspberrypi-native.cfg \
  -c "transport select swd" \
  -c "adapter speed 50" \
  -c "reset_config srst_only srst_nogate connect_assert_srst" \
  -f target/stm32f4x.cfg \
  -c "init; reset halt"

没有连接 NRST 时，无法使用依赖硬件复位的连接方式。可以手动拉低 NRST，启动 OpenOCD 后再释放 NRST，以此判断用户程序是否抢占了 SWD 引脚。

整片擦除后，MCU 中已经没有可执行的用户程序。此时如果 Raspberry Pi 仍然读不到 DP，而 ST-Link 可以正常连接，基本可以排除 USB firmware。

检查 SWDIO 双向切换

SWDIO 是双向信号。主机发出请求后，要在 turnaround 周期释放 SWDIO，再由目标返回 ACK 和数据。如果 GPIO Bit Bang driver 释放过晚、读取过早或 GPIO 方向配置错误，可能出现以下报错或现象：

  • Error connecting DP
  • cannot read IDR
  • Wrong ACK
  • Wrong Parity Error
  • 读取结果全为 0 或全为 1

Wrong Parity Error 表示收到的 32 位数据与 parity bit 不匹配，与 STM32 Flash 内容是否损坏无关。常见原因包括信号边沿不干净、采样时刻错误，以及 turnaround 期间的总线争用。

如果手边有逻辑分析仪或示波器，可以同时观察 SWCLK、SWDIO 和 NRST，检查以下内容：

  1. SWD line reset 是否发送了至少 50 个 SWCLK 周期的高电平。
  2. JTAG-to-SWD sequence 是否完整。
  3. 请求包发送后，Raspberry Pi 是否及时释放 SWDIO。
  4. 目标返回的 ACK 是否为 001，也就是 SWD 协议定义的 OK。
  5. 数据阶段是否有毛刺、缓慢边沿或两个器件同时驱动造成的中间电平。

不要只根据普通逻辑分析仪的协议解码结果下结论。采样率不够时，分析仪本身也可能漏掉毛刺。

重新检查硬件连接

导线没有断路，不代表信号质量一定正常。可以按照下面的最小连接重新测试：

Raspberry Pi        STM32F407
------------        ---------
GND             ->  GND
GPIO for SWCLK  ->  PA14 / SWCLK
GPIO for SWDIO  <-> PA13 / SWDIO
GPIO for NRST   ->  NRST        （推荐）
3.3 V sense     ->  VDD         （仅在接口设计需要时）

同时检查以下事项：

  • Raspberry Pi 和目标板必须共地。
  • SWDIO、SWCLK 导线应尽量短，避免使用接触不良的杜邦线。
  • 不要将 Raspberry Pi GPIO 直接接到 5 V 信号。
  • 确认 Raspberry Pi 和 STM32 没有同时向对方供电。
  • 检查接入 USB 数据线后，是否形成了第二条地线或供电回路。
  • 测量目标板的 3.3 V，确认连接 USB 后没有明显的电压跌落或纹波。
  • 确认没有外设占用 PA13/PA14，外部电路也没有强拉这两个引脚。

可以尝试给 SWDIO 增加弱上拉，但阻值需要结合现有板级电路确定。电阻过小会强拉 SWDIO，增加目标返回数据时的负载。

核对 Raspberry Pi GPIO 配置

先确认配置文件使用的是 BCM GPIO 编号还是物理排针编号。两者混用时，可能偶尔能收到响应，但数据并不可靠。

旧式配置可能包含类似内容：

adapter driver bcm2835gpio
bcm2835gpio swd_nums <SWCLK_GPIO> <SWDIO_GPIO>

占位符需要替换为实际的 BCM GPIO 编号：

bcm2835gpio swd_nums 25 24

这里的 25 和 24 只是语法示例，不表示当前接线应该使用这两个 GPIO。不同 OpenOCD 版本对 Raspberry Pi GPIO driver、参数名称和 Raspberry Pi SoC 地址的处理可能不同，应以本机安装版本附带的配置文件为准。

还要检查 GPIO 是否被其他功能占用：

gpioinfo

如果系统没有安装提供 gpioinfo 的工具，可以检查设备树 overlay，以及 SPI、I2C、UART、PWM 和其他 GPIO 服务是否占用了相同引脚。

获取有效的 OpenOCD 调试日志

以较高的日志级别运行 OpenOCD：

openocd \
  -d3 \
  -f interface/raspberrypi-native.cfg \
  -c "transport select swd" \
  -c "adapter speed 50" \
  -f target/stm32f4x.cfg

排查时记录以下信息：

  • OpenOCD 的完整版本号和构建来源。
  • Raspberry Pi 型号及操作系统版本。
  • 当前使用的 interface 配置文件。
  • SWCLK、SWDIO、NRST 对应的 BCM GPIO 编号。
  • adapter speed。
  • 接入 USB 前后的完整日志差异。
  • ST-Link 成功连接时是否使用了 under-reset 模式。

如果近期升级过 OpenOCD、操作系统或 Raspberry Pi 硬件，需要检查接口 driver 是否发生变化。即使应用固件也在同一时间修改过，时间上的先后关系仍不足以证明 USB firmware 是故障原因。

建议的排查顺序

  1. 用 ST-Link 确认 MCU、SWD 引脚和 option bytes 正常。
  2. 执行 mass erase，然后断电重启目标板。
  3. 暂时断开 USB，只保留电源、GND、SWCLK、SWDIO 和 NRST。
  4. 将 adapter speed 降到 50 或更低。
  5. 使用 connect-under-reset。
  6. 核对 BCM GPIO 编号和当前 OpenOCD 接口配置。
  7. 换用短线，并测量 SWCLK、SWDIO 和 3.3 V。
  8. 用示波器检查 SWDIO turnaround 和数据采样。
  9. 如果仍然失败，用相同接线测试另一块 STM32 板，或者用当前目标板测试另一台 Raspberry Pi，以区分目标板故障和主机接口故障。

从这些现象看，Wrong Parity Error 的诊断价值高于 USB 软件的影响。这个错误说明链路已经部分连通，但 Raspberry Pi Bit Bang 接口没有稳定接收到正确的 SWD 数据。应先降低速度，再检查 SWDIO 方向切换和复位时序，通常比反复擦除 Flash 更有效。

备注：内容仅供参考。