UART2SWD

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串口通过9个元件转换为SWD接口

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# UART2SWD
[测试入口](https://keymove.github.io/UART2SWD)
## 串口通过9个元件转换为SWD接口 ##
![Alt](https://keymove.github.io/UART2SWD/interface.jpg)
<br>
### 操作演示
![Alt](https://keymove.github.io/UART2SWD/demo1.gif)
# UART-SWD：基于单线串口的 SWD 编程器
## 📝 项目简介
这是一个极简主义的硬件调试工具项目。它利用标准的 UART 串口通信协议，通过巧妙的硬件电路设计（RC 充放电网络），实现了 **单根 TX 线同时传输 SWD 时钟与数据**，并利用 RX 线读取目标芯片回传的数据。
该项目无需专业的 J-Link 或 ST-Link 调试芯片，仅需几个电阻、电容、三极管和二极管即可自制简易 SWD 下载器，配合浏览器端的 Web Serial API 实现 AXF/HEX/BIN 文件的解析与烧录。
## ✨ 核心特性
-   **极简硬件**：仅需电阻、电容、二极管、三极管即可搭建硬件电路。
-   **单线复用**：创新性地在单根 TX 线上同时生成 SWC（时钟）和 SWD（数据）信号。
-   **Web 端工具**：基于 HTML/JavaScript 实现，无需安装驱动或软件，浏览器直接运行。
-   **文件解析**：支持 AXF、FLM、HEX、BIN 等常见嵌入式固件格式。
-   **高波特率支持**：最高可支持 921600bps 及以上的通信速率。
---
## ⚙️ 实现原理
这是一个非常巧妙的设计，利用**UART串口通信协议**的时序特性，配合**RC电路的充放电时间常数**，实现了单线（TX）同时产生SWD协议所需的**时钟（SWC）**和**数据（SWD）**，并能通过RX回读数据。
### 1. 写入原理：单线生成时钟与数据（PWM调制思想）
该设计的核心在于利用UART的“帧结构”来模拟PWM信号，从而在一条TX线上实现时钟与数据的复用。
*   **时钟（SWC）的生成**：
    *   UART通信的起始位是一个下降沿。
    *   对于SWD协议，SWC（时钟线）需要跳变沿来触发采样。
    *   **原理**：每当UART发送一个字节（如发送`0xFF`或`0xF0`），TX线会产生一个下降沿（起始位），这个下降沿（或随后的上升沿）被直接或通过电容耦合到SWC引脚，作为SWD协议的时钟触发信号。因此，**每发送一个字节，就产生一个时钟周期**。
*   **数据（SWD）的生成（利用RC充电延迟）**：
    *   SWD的数据线（SWD）连接在TX线后端的RC电路上。电容两端的电压不能突变，需要时间充电。
    *   **发送 `0xFF` (逻辑1)**：
        *   UART波形：起始位(0) + 8位数据位全1 + 停止位(1)。
        *   实际上只有起始位是低电平（1个bit时间），随后立即变高。
        *   **RC效应**：TX拉低的时间极短（仅起始位宽度）。根据RC充放电曲线，电容虽然放电，但时间太短，电压尚未降到逻辑低电平阈值（逻辑0），TX就变高开始充电恢复了。
        *   **结果**：SWD引脚上的电压始终维持在逻辑高电平。**TX发`0xFF` -> SWD读到 `1`**。
    *   **发送 `0xF0` (逻辑0)**：
        *   UART波形：起始位(0) + 数据位`00001111`。注意UART是LSB优先，实际发送顺序是低位在前。
        *   实际上，起始位(0)加上数据位的低4位(0000)，TX线会保持**至少5个bit时间**的低电平。
        *   **RC效应**：TX拉低的时间足够长，电容有充足时间放电，电压迅速跌落至逻辑低电平阈值以下。
        *   **结果**：SWD引脚被拉低到逻辑0。**TX发`0xF0` -> SWD读到 `0`**。
*   **盲写入优势**：
    *   这种方式被称为“盲写入”，因为不需要读取芯片返回的数据，只管按节奏发送。由于SWD协议是全双工的（主机在时钟上升沿输出数据，从机同时输入数据），这种时序完全匹配。
    *   **极速通信**：在只写模式下，RC时间常数要求降低。如文中提到，仅需末端10K电阻配合500pF电容，即可支持高达 **512000 bps**（甚至更高）的波特率，因为此时主要关注的是放电是否充分（生成0），而充电恢复很快。
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### 2. 读取原理：TX/RX差异检测（漏极开路与充电竞争）
读取数据利用了SWD接口的**开漏输出特性**和RX线路上的**充电延迟**。
*   **电路状态**：
    *   当需要读取数据时，主机通过TX发送 `0xFF`（全是1，即高电平输出）。
    *   此时SWD总线处于“读取相位”。
*   **SWD芯片输出 `1` (高阻态/弱高)**：
    *   芯片内部MOS管截止，芯片不对线路放电。
    *   **现象**：TX发送`0xFF`（起始位后迅速拉高），线路通过上拉电阻快速充电。
    *   **RX接收**：RX引脚上的电压迅速跟随TX上升，RX接收到的数据与TX发送的一致（收到 `0xFF`）。
    *   **判定**：TX == RX -> 读到 **1**。
*   **SWD芯片输出 `0` (强下拉)**：
    *   芯片内部MOS管导通，将SWD线路强行拉低到地（Sink电流）。
    *   **现象**：TX虽然试图输出高电平（停止位），但由于芯片在“吸电”，SWD线路上的电容充电过程被拖慢，电压上升斜率变平缓。
    *   **RX接收**：由于电压上升缓慢，在UART采样点时刻，RX引脚仍处于低电平。UART会将其解析为数据位 `0`。因此，RX会收到类似 `0x00` 或 `0xF0` 等含有多个0的数据帧（取决于具体的波特率和电容延迟），即“前面一堆0”。
    *   **判定**：TX != RX (RX收到异常数据) -> 读到 **0**。
*   **SS14 二极管的作用**：
    *   **快速放电**：当TX输出低电平（起始位或数据0）时，SS14（肖特基二极管）导通，为电容提供了一条低阻抗的放电通路。这大大缩短了电容放电时间，确保了在生成数据 `0` 时能迅速将SWD拉低，同时也为下一次通信做好了准备。
    *   **单向导通保护**：在读取模式下，当TX变高时，二极管截止，防止TX的高电平干扰SWD芯片的下拉动作（读取逻辑），保证RX能准确检测到线路被拉低的状态。

这套方案的精妙之处在于**“用时间换逻辑”**：
1.  **写逻辑**：利用**脉宽（低电平持续时间）**控制RC放电深度，从而区分逻辑0和1。
2.  **读逻辑**：利用**充电速度（上升沿斜率）**差异，通过RX检测电压是否被目标芯片“拖住”来判断数据。
3.  **元件角色**：
    *   **RC网络**：构建了一个模拟滤波器，将数字脉宽信号“积分”为电平信号（写），并将电平阻抗信号“微分”为时序差异信号（读）。
    *   **SS14**：加速放电，提高通信速率上限。
这种设计仅需极简的硬件成本，即可通过标准串口实现复杂的SWD调试功能，非常适合低成本、便携式的嵌入式开发工具。
---
## 🔌 硬件连接
根据原理图，硬件连接示意如下：
```text
          UART 接口                        目标芯片 (MCU)
      +--------------+                  +------------------+
      |              |                  |                  |
      |     TX  ------------------------+-- SWC (Clock)    |
      |              |    |             |                  |
      |              |    +---[ RC ]----+-- SWD (Data)     |
      |              |    |             |                  |
      |     RX  -----+----+             |                  |
      |              |                  |                  |
      |     GND  -------------------------- GND             |
      |              |                  |                  |
      +--------------+                  +------------------+
      RC 组件建议：
      - 写入模式优化：末端 10K 电阻 + 500pF 电容 (可达 512000bps)
      - 通用调试：根据波特率调整电容值 (参考下图对应关系)
```
### 波特率与电容参考值
| 电容值 | 建议波特率 |
| :--- | :--- |
| 500 pF | 512,000 bps |
| 1000 pF | 230,400 bps |
| 0.1 µF (100nF) | 2,400 bps |
---
## 💻 软件实现
本项目提供了一个纯前端的 HTML 页面，集成了文件解析、串口通信和烧录逻辑。
### 功能模块
1.  **文件解析 (`Elfparse`, `hex2bin`)**：
    *   解析 `.axf` / `.elf` 文件，提取 `.text` / `.data` 段。
    *   解析 `.hex` 文件并转换为 BIN 格式。
    *   解析 `.flm` 算法文件，用于自定义 Flash 编程算法。
2.  **串口通信 (`COMHelper`)**：
    *   基于 Web Serial API 封装。
    *   支持十六进制发送与接收。
    *   支持自定义波特率配置。
3.  **下载算法 (`downloadbin`)**：
    *   内置 PY32F002A 等芯片的下载支持。
    *   支持加载外部 FLM 文件扩展支持更多芯片。
### 使用方法
1.  **打开工具**：使用支持 Web Serial API 的浏览器（如 Chrome/Edge）打开 `index.html`。
2.  **连接硬件**：将自制电路连接到电脑串口与目标板。
3.  **选择串口**：点击“打开串口”，选择波特率（建议根据电容选择，或尝试 921600）。
4.  **选择算法**：在下拉框中选择对应的芯片型号（如 PY32F002A）。
5.  **加载固件**：拖入或粘贴 `.axf`、`.hex` 或 `.bin` 文件。
6.  **开始下载**：文件加载完成后，程序将自动开始下载流程。
---
## 🚀 开发与扩展
本项目代码开源，您可以根据需要修改代码以支持更多芯片或优化通信逻辑：
*   **增加芯片支持**：修改 `download_device` 对象，添加新的下载函数。
*   **优化时序**：在 `wInt` / `rBus` 等底层函数中调整延时，适应不同的硬件环境。
*   **自定义算法**：解析 `.flm` 文件中的 `FlashDevice` 结构体，实现通用算法加载。
## ⚠️ 注意事项
*   此方案为软件模拟时序，受操作系统调度和 JS 执行效率影响，稳定性不如专用硬件（如 ST-Link）。
*   读取模式对波特率较为敏感，若读取失败请尝试降低波特率或调整电容值。
*   仅支持 SWD 协议，不支持 JTAG 协议。
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