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项目背景

做为一个嵌入式软件工程师除去集成开发环境（IDE），其使用最多的工具为：

  1. 调试器/仿真器：调试器和仿真器用于连接到目标嵌入式系统，以便实时监视程序的执行和内部状态。通过这些工具，工程师可以调度代码单步执行、变量查看和硬件寄存器调试等。常用的调试器有：
  • Segger J-Link
  • ST-Link
  • Black Magic Probe
  • DAP-Link
  1. 串口工具:将调试信息（例如变量值、状态信息、错误消息等）通过串口发送到主机。这些信息将帮助工程师了解嵌入式系统的运行状态、发现问题。（串口调试在嵌入式系统开发中是一种比较基础的调试方法。在实际的应用中，可能会使用更高级的调试工具和方法，例如使用调试器连接到目标板进行硬件级别的调试，使用RTT（Real-Time Transfer）等更高级的调试技术） 目前主要采用usb2ttl模块，主流芯片为:
  • cp210x
  • 国产沁恒居多。

开发场景

日常的开发仅需一个调试器及一个串口模块即可；但对于模组开发、多CPU/多板间通信开发，我们可能需要多套调试器、串口模块。而你的USB hub仅能提供很少的端口。 需要解决:

  • 更多的USB端口来连接调试工具；因此可能需要额外的USB HUB。
  • 更多的杜邦线连接开发板
  • 昂贵的调试器(如J-LINK)可能需要配置多个

PicoXTools 功能图

实物图

硬件部分

J-LINK 接口转换

参考了网上的实现

PicoXTools 可以直接插入J-LINK的20针公口排针上。无需额外的排线连接；通过双刀四掷模拟开关实现（SWD/cJTAG）1拖四的功能，在某一时刻仅有一路处于ACTIVE状态。

PicoXTools其本身就是一块Arm开发板：

较优异的性能，良好的社区环境， 基于树梅派RP2040 ，RP2040的主要特点包括：

  1. 双核m0+的内核，可以运于133Mh+，
  2. 存储器：它内置264KB的SRAM
  3. RP2040支持USB连接，可以同时作为USB主机或USB设备，TinyUSB 良好的移植
  4. PIO（Programmable Input/Output）可以模拟多种外设如 eth mac ,vga,hdmi等专有外设,类似FPGA的功能。
  5. 极好的社区支持、有大量的极客基于其开发出一些有趣的项目如：示波器、逻辑分析仪等

DAP-Link功能

树莓派官方实现的DAP-Link（pic-proble） 可以用来调试RP2040本身，结合open-ocd可以调试更多种类的MCU。 通过拨盘& 双刀四掷模拟开关可对四目标设备进行选择调试 当插入外接JLINK时(通过JLINK第二脚的VCC 高电平来判断）PicoXTools的四路 SWD/cJTAGE 引脚会路由到外部的JLINK，而不是pic—probe.

4 Port USB2.0

PicoXTools 拥有一个4Port USB2.0 HUB，其中两个分别用于 rp2040与以ch344 ,余下的两个端口可用于外接USB设备，接口类型为主流TYPE-C

4 Port 独立硬件USB to TTL

rp2040有usb接口可以通过软件的方式来实现usb to ttl但做为一个开发工具,rp2040异常时没有串口输出是很尴尬的事情， 因此采用了独立的CH344Q 芯片挂接到USB-HUB上，独立于SOC。当然你可以通过软件并结合pico的PIO增加额外的串口接口。

USB 转I2C

我们可以通过内置Web Server来操作rp2040 硬件I2C接口来调试扩展板上的I2C设备如温湿度传感器、SS1306 OLED等。

USB 转SPI

我们可以通过内置Web Server来操作rp2040 硬件SPI接口来调试扩展板上的SPI设备如Lora 模组等

独立的 RP2040 Reset 按钮

独立的 USB HUB Reset 按钮

软件部分

小而美的CLI(命令行)内置了丰富的命令

  • 可方便扩充命令
  • 命令补全
  • history命令
  • 集成littlefs/Fatfs ,支持基本文件系统命令：ls\cd\copy\rm\mkdir等。
  • 移值了busybox的vi 可以用vi 在命令行直接修改程序、配置文件等。
  • 支持X、YModem协议传输文件。
  • 基于TinyUSB的 NDIS/ECM 网卡、MSC磁盘
  • 脱机烧录
  • 基于AMaCC(https://github.com/jserv/amacc) 和 C4(https://github.com/rswier/c4)的即时（JIT）CC编译器,

    生成的文件可以在PicoXTools shell上直接执行。

  • 支持的胶水语言
    1. Python 这个自不必多说，pico原生支持python开发
    2. Lua 与C结合度最高的脚本语言
    3. C (基于AMaCC&c4)胶水语言的尽头是C
    4. Javascript JavaScript是开发语言中使用最广泛使用的编程语言（加个'之一'）。它是一种高级的、动态的、弱类型的编程语言，广泛用于：
    • Web前端和后端开发，
    • 移动应用
    • 桌面应用
    • 数据可视化（如D3.js）
    • 游戏开发
    • 云计算和物联网 此处我们主要介绍JS在嵌入式领域的应用

内置 WebServer

  • 基于Websocket的 xShell，可以通过浏览器操作PicoXTools的全部功能。

内置 C语言编译器

支持大部分stdlib 及PICO 的SDK可以快速实现API验证，在pico上直接编译执行。

PicoXTools PCB

Pin out

USB-1

为HUB 上行接口

USB2-3

USB HUB 下行口

JP-1

标准Jtag 20针母口，可直接插入JLink 调试器无需排线

JP-2

SWD 4针接口

CLK SWD GND 3V3

JP-3

外接扩展接口

3V3 pico-CLK pico-swd GPIO-26 GPIO-26 UART0-tx UART0-rx
GND GPIO-5 GPIO-4 GPIO-11 GPIO-10 UART0-9 UART0-8

JP-4

4路串口、SWD接口

3V3 RX0 TX0 3V3 RX2 TX2 3V3 RX2 TX2 3V3 RX3 TX3
GND CLK0 SWD0 GND CLK2 SWD2 GND CLK2 SWD2 GND CLK3 SWD3

Inspiration & links & Thanks🙏

项目没有从0造轮子，认真的拥抱了开源社区，开源社区为我们提供了宝贵的资源和工具。数以千计的开源库、框架和工具，涵盖了从前端到后端、从数据库到人工智能的各个领域。拥有这些开源资源，我们可以站在巨人的肩膀上，快速构建功能丰富、高效稳定的应用程序。 感谢如下的项目：

视频展示

  • Shell && vi && cc

https://ppvision.github.io/video/shell_vi_cc_demo.mp4

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  • 实现一些常用串口协议的解析&调试Modebus等