Как работает stm32-diag-record

Два маршрута записывают значения прошивки в MCAP или bag без ROS: компьютер опрашивает память через OpenOCD либо заглушка в SRAM снимает кадры по прерыванию таймера и передаёт их через RTT. Флеш не перепрошивается в обоих случаях, но вмешательство в выполнение программы различается.

Выбор маршрута записи

Свойство	A — опрос памяти компьютером	B — выборка на MCU и передача RTT
Ключ	`--backend openocd`	`--backend rtt-timer`
Кто снимает значения	Python на компьютере запрашивает `mdw`	Заглушка в SRAM читает поля в IRQ свободного таймера
Ритм выборки	Планировщик хоста и задержки SWD; по умолчанию 10 Гц	Таймер MCU; на F411CE проверены номинальные 1000 Гц
Вмешательство	Без добавления кода и остановки ядра при опросе; reset только по явному ключу	Временный код/буфер SRAM, таймер и перехват вектора; halt при установке и снятии, нагрузка ISR при записи
Время	Метка цикла от компьютера; счётчик MCU можно записать полем	Tick прошивки в кадре; его реальную длительность нужно калибровать
Потери	Изменения между опросами не видны	Исходные seq/tick и оценка пропусков между принятыми кадрами; не полная трасса событий
Завершение	Закрытие записи и собственных соединений/процессов	GDB: выход из IRQ, восстановление регистров и проверка продолжения tick; отчёт teardown

Оба маршрута используют SWD физически. RTT — буферизованная передача кадров из RAM, а не отдельный UART. Renode — вариант чтения памяти без платы, с собственным временем эмуляции.

Путь данных

подготовка, плата не нужна запись, плата работает вариант без платы просмотр

1. Где лежат значения: адреса из ELF и SVD

Выполняется перед каждой записью за секунды. Плата и OpenOCD не участвуют.

fields.toml

что записывать: имя, тип, выражение

expr = "&probe_telemetry.frames"

прошивка.elf

символы и отладочная информация DWARF

сборка с -g

файл SVD по желанию

имена регистров периферии от производителя

читает

resolve_addresses.py

выражения C вычисляет GDB по DWARF, поля svd: вычисляет svd_lookup.py

gdb-py3 -batch, без цели

пишет

addresses.json

для каждого поля: адрес, тип, сдвиг и маска

/probe/frames → 0x20000030

2A. Опрос памяти компьютером и запись файла

Ядро не останавливается: отладочный порт Cortex-M читает память параллельно работе программы.

Микроконтроллер

прошивка работает как обычно; RAM и регистры периферии

STM32, AT32, nRF52, RP2040…

SWD

Отладчик

любой, который понимает OpenOCD

ST-Link, CMSIS-DAP, J-Link

USB

OpenOCD

запускается скриптом без сброса цели; принимает команды по telnet

127.0.0.1:4444, mdw

telnet

record_diag.py

с частотой --rate читает слова, переводит их в значения, ставит метку времени

kind: uint32, int32, float32…

сообщения

Файл

mcap_writer.py или bag_writer.py, только стандартная библиотека Python

diag/record-…mcap | .bag

Без платы: Renode

Вместо микроконтроллера, отладчика и OpenOCD работает эмулятор. Скрипт читает те же адреса через монитор Renode, эмуляция не прерывается.

--backend renode, telnet 127.0.0.1:1234, sysbus ReadDoubleWord

2B. Выборка на MCU по таймеру → RTT → файл

Отдельный маршрут rtt-timer: установка и снятие требуют остановки ядра. Во время записи выполняются прошивка и добавленный ISR.

Таймер MCU

IRQ задаёт моменты выборки

свободный TIM, проверенная частота тактирования

IRQ

Заглушка в SRAM

читает поля и формирует кадр с исходными seq и tick

кадры

Буфер RTT в RAM

OpenOCD забирает накопленные кадры через SWD

TCP

record_diag.py

декодирует кадры, проверяет seq, пишет поля и служебные каналы

запись

MCAP / bag + JSON

данные, статистика RTT и отдельный отчёт снятия перехвата

3. Просмотр

ROS не нужен ни для записи, ни для mcap. Каждое поле в файле — отдельный канал с именем topic.

.mcap

открывается загрузчиком MCAP в PlotJuggler под Windows и Linux

проверка: mcap info

открыть

PlotJuggler

графики каналов, их сравнение, масштаб по времени

Windows, Linux

или

.bag (ROS1)

в PlotJuggler открывается только с плагином ROS1, то есть под Linux с ROS; под Windows такого плагина нет

rosbag info, Python rosbags

Маршрут A: один цикл опроса (10 раз в секунду по умолчанию)

ГруппировкаАдреса, которые лежат не дальше 256 байт друг от друга, читаются одной командой.

Чтениеmdw 0x20000030 6 возвращает шесть 32-битных слов подряд.

СборкаНевыровненное поле собирается из двух соседних слов, у поля регистра применяются сдвиг и маска.

ПереводСлово трактуется по kind: как целое, число со знаком, float или миллисекунды в секунды.

ФильтрЗначения вне min и max не пишутся, а считаются отдельно.

ЗаписьВсе поля цикла получают одну метку времени от часов компьютера.

Откуда синтаксис описания полей

# файл в формате TOML; [[field]] — одно поле
[[field]]
topic   = "/probe/frames"
message = "std_msgs/UInt32"
kind    = "uint32"
expr    = "&probe_telemetry.frames"

[[field]]
topic   = "/probe/pin_frame"
message = "std_msgs/UInt32"
kind    = "uint32"
expr    = "svd:GPIOB.ODR.ODR15"

Ключ	Чем определяется
файл	общий формат конфигураций TOML
`expr`	выражение языка C, как в команде GDB `print`: `&var`, `&obj.field`, `&arr[3]`. GDB вычисляет его по ELF, результат — адрес
`svd:`	соглашение навыка `svd:ПЕРИФЕРИЯ.РЕГИСТР[.ПОЛЕ]`; имена берутся из SVD-файла производителя
`message`	имена стандартных типов ROS1 `std_msgs`: так файл понимают PlotJuggler и инструменты ROS
`kind`	короткий список навыка: `uint32`, `int32`, `float32`, `uint32_seconds`
`topic`	любое имя; по обычаю ROS — `/группа/имя`

Маршрут A: не только STM32

Навык проверен на STM32, но работает с любым Cortex-M, с которым работает OpenOCD. Подходит ли MCU, решают инструменты, а не сам навык:

STM32 F1, F4: в CI AT32F403A: план R20 GD32nRF52RP2040другие Cortex-M

OpenOCD знает отладчик (--interface) и цель (--target, штатный скрипт или скрипт производителя);
память читается без остановки ядра: нет защиты от чтения, скрипт цели не сбрасывает её при подключении;
прошивка собрана с отладочной информацией, есть GDB с Python;
для полей svd: — SVD производителя, для работы без платы — модель MCU в Renode.

Проверка нового MCU начинается с доктора с теми же ключами, что и у записи:

python record_diag.py --doctor \
  --interface interface/cmsis-dap.cfg \
  --target target/nrf52.cfg \
  --elf app.elf --fields my_fields.toml

Доктор показывает, найдены ли конфигурации, отвечает ли отладчик, какое ядро и в каком состоянии цель, вычисляются ли адреса и читается ли слово на ходу.

Что важно понимать о базовом опросе SWD

Прошивка не меняетсяВ неё не добавляется код. Читается то, что уже есть в памяти.

Ядро не останавливаетсяНет точек останова и сброса (кроме ключа --reset). UART остаётся свободным.

Время — от компьютераДля точных интервалов добавьте в поля счётчик платы, например миллисекунды SysTick.

Это выборка, а не трассаПишется значение в момент чтения. Изменения между чтениями не видны. Таймерный RTT тоже делает выборки; полная трасса событий требует отдельного подхода.

Время в Renode другоеЭмуляция обычно идёт медленнее реального времени, интервалы смотрите по счётчику платы.

Сверяйте с эталономОшибка в смещении на 4 байта даёт правдоподобное, но чужое значение.

Общая база диагностики

Оба навыка используют одинаковые модули чтения OpenOCD, декодирования полей, поиска GDB и управления дочерними процессами. Исправления транспорта применяются к записи в файл и к публикации ROS. Поддерживаются маски, сдвиги и невыровненные поля.

Источник модулей — stm32-ros-alt-channel; каждый навык содержит полную копию нужных скриптов и устанавливается самостоятельно. CI проверяет совпадение копий и оба потребителя, в Emulation используются адреса из ELF stm32-skills-probe.

Назначение маршрутов сохраняется: ROS/WSL и rosserial — в ROS-навыке, запись без ROS, Renode и RTT — в diag-record. В CI тест ROS-публикации подменяет middleware. Локально проверена также публикация через настоящий ROS Noetic в WSL с TCP-имитатором OpenOCD; SWD→ROS и RTT/Ctrl+C после рефакторинга проверены на F411CE; UART требует отдельной проверки.

Отдельный режим RTT на таймере

--backend rtt-timer устанавливает заглушку в SRAM и временно перехватывает IRQ свободного таймера. Флеш не меняется, но ядро останавливается при установке и снятии; этот режим влияет на выполнение прошивки. Время кадров берётся из tick прошивки.

Запись сохраняет исходные seq/tick и статистику потерь между принятыми кадрами. Завершение через GDB проверяет отсутствие active IRQ, восстановление регистров и рост tick. Обычный выход и Ctrl+C проверены владельцем на F411CE при номинальных 1000 Гц до выделения общей базы; после рефакторинга повторён RTT/Ctrl+C: 7971 кадр, снятие успешно, LED продолжает мигать. CI использует прошивку-зонд и Renode.

Описание навыка (SKILL.md) и скрипты · версия 1.8.0

Повтор на F411CE после общей базы

19.10.2026, версия d003ca5: RTT с номинальными 1000 Гц и остановкой Ctrl+C — 7971 кадр, seq без разрывов, шаг tick 1 мс. Код 0, регистры восстановлены, TIM3 не активен, tick после resume вырос на 244 мс, LED продолжает мигать. Завершение началось вне ISR.

Ровный tick не подтверждает абсолютную частоту: отдельное сравнение с Windows показало отставание счётчика этой прошивки на 2,72%. Опыт HSI → HSE → HSI локализовал основную разницу на HSI данного экземпляра. Короткий опыт не заменяет абсолютную калибровку.