SWD（Serial Wire Debug，串行线调试）
核心定义
SWD（Serial Wire Debug，串行线调试） 是一种用于嵌入式系统调试的两线式 通信协议。它是由 ARM 公司设计并推广的，作为传统 JTAG 协议的现代化、高效率替代方案，广泛应用于基于 ARM Cortex 处理器的微控制器（MCU）中。
1. SWD 出现的原因：为什么要取代 JTAG？
在 SWD 之前，JTAG 是芯片调试和编程的主流标准。但 JTAG 有一些缺点：
- 引脚多：至少需要 4 个引脚（TMS, TCK, TDI, TDO），有时还需要额外的 nTRST 引脚。
- 占用PCB空间：对于引脚数量少、体积小的现代电子产品（如物联网设备、可穿戴设备），每个引脚都非常宝贵。
- 协议相对复杂：状态机转换较多。
SWD 就是为了解决这些问题而生的。
2. SWD 的核心特点
-
仅需两根线：
- SWDIO：串行数据输入/输出线。这是一条双向数据线，用于传输命令、数据和应答。
- SWCLK：串行时钟线。由调试器（如 J-Link， ST-Link）提供，用于同步数据通信。
-
引脚复用 ：SWD 的一个巨大优势是它的引脚通常与 JTAG 的某些引脚复用。例如：
- SWDIO 通常与 JTAG TMS 引脚复用。
- SWCLK 通常与 JTAG TCK 引脚复用。
这意味着，芯片设计者可以在同一个物理连接器上同时支持 JTAG 和 SWD 模式，由调试器在上电时通过特定序列来选择使用哪种模式。这极大地增加了硬件设计的灵活性。
-
高性能：虽然只有一根数据线，但 SWD 的协议效率很高。它减少了协议开销，在实际应用中，其调试速度通常可以与 JTAG 相媲美，甚至在某些情况下更快。
-
低功耗调试：SWD 协议在设计时考虑了对低功耗模式的支持，调试器可以在芯片处于低功耗状态时与其进行通信，这对于调试电源管理相关的应用至关重要。
-
可靠性高：协议包含完善的错误检测和应答机制。
3. SWD 接口的典型引脚
一个标准的 SWD 连接器通常包含以下引脚（除了核心的两根线）：
| 引脚名称 | 全称 | 方向 | 描述 |
|---|---|---|---|
| SWDIO | Serial Wire Data Input/Output | 双向 | 核心数据线 |
| SWCLK | Serial Wire Clock | 输入 | 核心时钟线，由调试器提供 |
| GND | Ground | - | 公共地线，非常重要，通常需要多个 |
| VCC | Power | - | 目标板电压 。调试器用它来检测电平，并进行电平匹配。（注意：不是给目标板供电） |
| SWO | Serial Wire Output | 输出 | 可选引脚 。用于输出诸如 ITM（Instrumentation Trace Macrocell） 数据，实现 printf 打印、事件跟踪等高级调试功能。 |
| nRST | Reset | 输出 | 可选引脚。调试器可以主动复位目标芯片。 |
注意 ：一个最基本的 SWD 连接只需要 SWDIO, SWCLK 和 GND 三根线。VCC 是为了电平匹配，SWO 和 nRST 是为了增强功能。
4. SWD 能做什么？（应用场景）
SWD 提供了与 JTAG 类似的核心调试功能：
- 下载程序：将编译好的固件（bin/hex 文件）烧录到微控制器的 Flash 存储器中。
- 在线调试 ：
- 设置断点（Breakpoint）
- 单步执行（Single Step）
- 查看和修改内存、寄存器的值
- 查看调用栈（Call Stack）
- 内核控制：停止（Halt）和运行（Run）CPU 内核。
- 访问外设：直接读写芯片内部外设的寄存器。
5. SWD 与 JTAG 的对比总结
| 特性 | SWD（串行线调试，Serial Wire Debug） | JTAG（联合测试行动组，Joint Test Action Group） |
|---|---|---|
| 引脚数量 | 2根核心线（SWDIO, SWCLK） | 至少4根线（TMS, TCK, TDI, TDO） |
| 引脚占用 | 极少，适合小封装芯片 | 较多 |
| 速度 | 高效，在实际应用中与 JTAG 相当 | 成熟稳定 |
| 复杂性 | 协议相对简单 | 协议复杂，有状态机 |
| 引脚复用 | 是，通常与 JTAG 引脚复用 | 否 |
| 主要应用 | ARM Cortex-M/A/R 系列微控制器 | 广泛用于各类处理器、FPGA的测试和调试 |
总结
SWD 是一种专为现代、高密度、低功耗的 ARM 微控制器优化的高性能调试接口。 它以最少的引脚数量，提供了不逊于 JTAG 的强大调试功能，已经成为当前 ARM Cortex-M 系列 MCU（如 STM32， GD32， NXP LPC， Nordic nRF 等）事实上的标准调试接口。当你拿起一个 ST-Link 或 J-Link 调试器去连接一个 STM32 开发板时，你几乎总是在使用 SWD 模式。