天空星调试助手
TIP
基于 WebUSB + DAPLink 的嵌入式调试工具，支持 SVD 寄存器解析、实时示波器、内存查看等功能。
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寄存器页面演示：
内核界面展示：
示波器界面演示：
内存界面展示：
一 📖 项目简介
天空星调试助手 是一款基于 Web 技术的嵌入式 MCU 调试工具，由立创开发板团队开发。它利用 WebUSB 标准直接在浏览器中与支持 webusb 协议的 DAPLink 仿真器通信，无需安装任何驱动或桌面软件，即可实现：
- 🔧 寄存器级调试：基于 SVD 文件解析，可视化查看和修改 MCU 外设寄存器.
- 📊 实时示波器：非侵入式内存变量监控，最高可达数百 Hz 采样率(受限于数据传递链路，采样率目前还不稳定)
- 💾 内存查看器：读取 Flash/RAM 等任意地址空间
- 🧠 内核寄存器：查看 Cortex-M 核心寄存器（R0-R15、xPSR 等），目前只能在MCU暂停运行时查看。
什么是"非侵入式"？
与传统的 printf 调试、逻辑分析仪需要修改代码或添加硬件探头不同，本工具的示波器功能通过 SWD 调试接口直接读取 MCU 内存，具有以下优势：
| 对比项 | 传统 printf | 逻辑分析仪 | 本工具示波器 |
|---|---|---|---|
| 是否需要修改代码 | ✅ 需要 | ❌ 不需要 | ❌ 不需要 |
| 是否占用串口资源 | ✅ 占用 | ❌ 不占用 | ❌ 不占用 |
| 是否影响程序时序 | ✅ 有影响 | ❌ 无影响 | ⚠️ 极微影响¹ |
| 是否需要额外硬件 | ❌ 不需要 | ✅ 需要 | ❌ 仅需 立创DAPLink |
| 能否监控任意变量 | ⚠️ 需预埋 | ⚠️ 仅限 IO | ✅ 任意内存地址 |
¹ 由于 SWD 调试访问会短暂占用总线，高频采样时可能对极端实时性要求的场景有微弱影响，但对于绝大多数应用场景可忽略不计。
二 ✨ 功能特点
2.1 寄存器视图 (Registers)
- SVD 文件解析：自动解析 CMSIS-SVD 格式文件，提取外设、寄存器、位域等完整信息（目前仅测试了STM32F407,其他芯片版本请等待后续适配）
- 左侧树形导航：按外设分组（GPIO、TIM、SPI、I2C、UART 等）组织，方便快速定位具体外设
- 实时同步：
- Fast 刷新：活动(展开的)寄存器高频刷新（默认 100ms）
- Slow 刷新：页面可见寄存器低频刷新（默认 500ms）
- 位域操作：
- 1 位字段：采用开关控件。
- 2 位字段：采用分段选择器，更形象。
- 多位字段：支持 HEX/DEC 输入。
- 二进制视图：32 位逐位显示，点击即可切换（改写）单个位
- 快速复制：点击地址/十六进制值/十进制值即可复制
2.2 示波器视图 (Scope)
这是本工具最具特色的功能，实现了 纯软件实时数据可视化：
WARNING
【目前采样率还不稳定，但是估计web下也做不到精准的采样率】
2.2.1 核心能力
| 功能 | 说明 |
|---|---|
| 多通道监控 | 同时监控多个内存地址/变量 |
| 多数据类型 | 支持 U8/S8/U16/S16/U32/S32/Float |
| 高精度时间戳 | 微秒级精度，支持 ΔT 测量 |
| 采样率可调 | 2ms ~ 1s 或自定义（支持小数，如 2.5ms） |
| 大容量缓冲 | 默认 50000 点/通道，可自定义 |
| 游标测量 | A/B 双游标，自动计算 ΔT 和频率 |
| 自动缩放 | 每通道可独立设置 Auto/手动 Y 轴范围 |
高级功能：
- ELF 符号加载：导入 ELF 文件后，可直接输入变量名（如
g_adc_value）自动获取地址 - Mask & Shift：可以提取位域，例如
Mask=0xFF00, Shift=8提取第 8-15 位 - 表达式变换：支持
x*2+1、Math.abs(x)等自定义计算 - Gain 增益：支持线性缩放系数
- 单位显示：可以为通道添加物理单位（如 mV、°C）
- 线宽/颜色：每通道可以独立设置
2.2.2 非侵入式原理
html
┌─────────────┐ SWD/JTAG ┌─────────────┐
│ 浏览器 │◄───────────────────►│ DAPLink │
│ (WebUSB) │ WebUSB + DAP │ (仿真器) │
└─────────────┘ └──────┬──────┘
│
│ SWD
▼
┌─────────────┐
│ MCU │
│ (目标板) │
│ │
│ RAM/Flash │◄── 直接读取内存
└─────────────┘工作流程：
- 浏览器通过 WebUSB 连接 DAPLink
- 使用 CMSIS-DAP 协议发送内存读取命令
- DAPLink 通过 SWD 接口读取 MCU 指定地址
- 数据返回浏览器并绘制波形
为什么这里是"非侵入式"：
- 不需要在目标代码中添加任何调试代码
- 不占用 MCU 的串口、定时器等外设资源
- 程序正常运行时即可进行监控
- 甚至可以监控未公开源码的固件运行情况（只要知道变量或者寄存器地址）
2.3 内核视图 (Core)
显示 Cortex-M 核心寄存器：
- R0 ~ R12：通用寄存器
- SP：堆栈指针
- LR：链接寄存器
- PC：程序计数器
- xPSR：程序状态寄存器
💡 需要在暂停（Halt）状态下读取，才可以正确获取
2.4 内存视图 (Memory)
- 双窗格设计：可同时查看两个不同区域（如 Flash 和 RAM）
- 预设大小：1K/2K/5K/10K/128K/256K/512K/1M
- 显示宽度：8-bit / 16-bit / 32-bit 切换
- ASCII 预览：同步显示可打印字符
- 导出功能：保存为 BIN 或 TXT 文件
三 🚀 核心优势
3.1 零安装，即开即用
无需安装任何软件、驱动或浏览器插件。只需：
- 一个支持 WebUSB 的浏览器（Chrome/Edge）。
- 一个支持 WebUSB 的 DAPLink 仿真器,推荐使用我们的立创DAPLink。
3.2 跨平台
理论上Windows、macOS、Linux、ChromeOS 均可使用，只要有现代浏览器，但是我自己只测试了Windows。
3. 非侵入式调试
示波器功能无需修改目标代码，适合：
- 分析已部署固件的运行状态
- 调试没有空闲串口的系统
- 监控对时序敏感的实时控制逻辑
4. 采用开放标准
- 使用标准 CMSIS-SVD 文件（各芯片厂商均有提供），目前只支持STM32F4的SVD解析。
- 支持标准 ELF 符号文件
- 基于开源 DAPjs 库
四📝 使用步骤
4.1 准备工作
- 浏览器：确保使用最新版 Chrome 或 Edge（其他浏览器不支持 WebUSB）
- 硬件：
- 支持 WebUSB 的 DAPLink 仿真器（如立创 DAPLink仿真器）
- 目标 MCU 开发板（需引出 SWD 接口）
- 文件：
- 目标 MCU 的 SVD 文件（可从芯片厂商官网或 Keil Pack 中获取），目前只支持STM32F407的SVD解析。
- （可选）ELF 文件（用于符号解析）
4.2 操作流程
Step 1: 加载 SVD 文件
TIP
点击 [📂 SVD] 按钮 → 选择 .svd 文件（如 STM32F407.svd）
加载成功后，左侧树形菜单将显示所有外设。
中间的 加载SVD文件 或者右上角的 SVD,在弹出来的打开文件中，选择STM32F407.svd 。
Step 2: 连接硬件
TIP
- 将 DAPLink 通过 USB 连接到电脑
- 将 DAPLink 通过 SWD 连接到目标板（SWDIO/SWCLK/GND）
- 点击页面右上角 [🔌 连接] 按钮
- 在弹出的 USB 设备选择框中选择 DAPLink
连接成功后：
- 状态指示灯变为白色亮起
- 连接按钮变为 断开 状态，下方的系统日志有
DAPLink 连接成功的文字提示
Step 3: 选择模式
| 模式 | 说明 |
|---|---|
| 🧮 计算 | 离线模式，仅进行 SVD 解析和位域计算，无需DAPLink仿真器。 |
| 🐞 调试 | 在线模式，与硬件实时同步读写，需要用DAPLink仿真器和天空星连接好。 |
默认就会是 调试模式。
Step 4: 使用各功能
寄存器调试：
- 从左侧树形菜单选择外设（如 GPIOB，我们选择他的ODR寄存器展开看看）。
- 点击寄存器条目展开详情。
- 修改位域值，会自动同步到硬件，目标硬件的寄存器变化也会同步到这里。
示波器监控：
- 切换到 "示波器" 标签页
- 输入要监控的内存地址（如
0x20000000）或变量名 - 选择数据类型（如 U32）
- 点击 [+ 添加]
- 调整采样率和缓冲区大小
- 使用鼠标滚轮缩放波形，暂停后拖动时间轴回看历史
内存查看：
- 切换到 "内存" 标签页
- 输入起始地址和大小
- 点击 [读取]
- 可切换显示宽度或导出文件
五 🎯 适用场景
5.1 嵌入式开发调试
- 验证外设寄存器配置是否正确
- 观察 GPIO 状态变化
- 分析定时器计数器行为
5.2 电机控制与实时系统
- 监控 PID 控制变量（Kp, Ki, Kd, 误差值）
- 观察 PWM 占空比变化
- 分析闭环控制响应曲线
5.3 传感器数据采集
- 实时绘制 ADC 采样值
- 监控温度、压力等物理量变化
- 对比多路传感器数据
5.4 固件逆向与分析
- 在不修改固件的情况下观察关键变量
- 分析未知协议的状态机变化
- 定位内存泄漏或异常写入
5.5 教学与演示
TIP
笔者做这个，可以说纯粹是为了这盘醋包了盘饺子，本来只是为了写天空星第九章内容时，为了详细的为大家展示寄存器操作，只是想做一个svd文件解析，方便大家计算寄存器的值和理清概念而已，只是后来功能越做越多。
- 直观展示寄存器位域含义
- 演示 MCU 工作原理
- 学生实验数据记录
六 ⚠️ 注意事项
6.1 硬件相关
- DAPLink 兼容性：必须使用支持 WebUSB 的 DAPLink 固件，普通 DAPLink/ST-Link/J-Link 不支持
- 供电：确保目标板已正确供电
- 接线：最少需要 SWDIO、SWCLK、GND 三根线
6.2 浏览器相关
- 浏览器限制：仅 Chrome（77+）和 Edge（Chromium 版）支持 WebUSB
- HTTPS 要求：WebUSB 需要安全上下文，本地文件需通过 HTTP Server 访问或使用
file://协议（部分浏览器可能受限） - 权限弹窗：首次连接需在浏览器弹窗中选择设备
6.3 性能相关
采样率限制：
- 受 USB 传输、SWD 时钟、浏览器调度等因素影响
- 实际采样率可能低于设定值
- 单通道通常可达 100-500 Hz，多通道会降低
缓冲区大小：
- 默认 50000 点/通道，可调整
- 过大可能导致浏览器内存占用过高
MCU 状态：
- 暂停状态（Halt）下读取核心寄存器更准确
- 运行状态下读取内存可能获得中间值
6.4 SVD 文件相关
兼容性：只测试了 STM32F407 芯片的SVD文件，其他芯片目前尚不兼容，需要等待后续更新，目前其他芯片版本是没有适配计划的。
6.5 安全相关
- 数据安全：所有操作在本地浏览器完成，不会上传任何数据，我们的网页也只是单纯的静态网页而已。
- 写操作风险：修改寄存器会直接影响硬件，请谨慎操作，避免烧毁硬件设备。
七❓ 常见问题
Q: 点击连接后没有设备列表？
A: 请检查：
- 是否使用最新的 Chrome/Edge 浏览器
- DAPLink 是否正确连接且被系统识别
- DAPLink 固件是否支持 WebUSB
Q: 连接成功但无法读取寄存器？
A: 请检查：
- 是否已切换到 调试 模式
- SWD 接线是否正确
- 目标板是否已上电
- 尝试点击复位按钮
Q: 示波器采样率很低？
A: 可能原因：
- 通道数过多，尝试减少
- 目标板响应慢，检查 SWD 时钟设置
- USB 总线繁忙，尝试使用独立 USB 端口
Q: 如何获取变量地址？
A: 有以下几种方法：
- Map 文件：编译时生成 .map 文件，搜索变量名
- ELF 文件：使用本工具的 ELF 加载功能
- 调试器：在 IDE（如 Keil、IAR）中查看变量地址
- 链接脚本：查看固定地址变量的定义
八🔧 技术原理
8.1 架构概述
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ 浏览器 (Chrome/Edge) │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────────┐ │
│ │ SVD 解析器 │ │ UI 渲染层 │ │ 示波器绘制引擎 │ │
│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────────┘ │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────────┐│
│ │ DAPjs 库 ││
│ │ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌────────────────────────┐│ │
│ │ │ CortexM │ │ CmsisDAP │ │ WebUSB ││ │
│ │ └──────────┘ └──────────┘ └────────────────────────┘│ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────────┘│
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
│
│ USB
▼
┌─────────────────┐
│ DAPLink │
│ (CMSIS-DAP) │
└────────┬────────┘
│ SWD
▼
┌─────────────────┐
│ 目标 MCU │
│ (Cortex-M) │
└─────────────────┘8.2 核心技术栈
| 技术 | 用途 |
|---|---|
| WebUSB API | 浏览器与 USB 设备通信 |
| DAPjs | CMSIS-DAP 协议实现 |
| Canvas API | 示波器波形绘制 |
| DOMParser | SVD (XML) 文件解析 |
| performance.now() | 高精度时间戳 |
| requestAnimationFrame | 高效绘制调度 |
8.3 性能优化措施
- 批量内存读取：使用
readBlock合并相邻地址的读取请求 - 绘制与采样分离：采样循环和绘制循环独立运行
- 节流刷新：UI 更新频率与采样频率解耦
- 二分查找：快速定位历史数据点
- 环形缓冲：自动裁剪超出容量的旧数据
九 📚 相关资源
十🙏 致谢
- ARM CMSIS-DAP 开源协议
- DAPjs 开源库贡献者
- 所有提供反馈的嵌入式开发者