自制 USB 调试器：CH552 + SWD 方案实现
上周有个朋友问我：KEIL 调试器太贵了，有没有便宜点的方案？
我说：自己做一个呗，成本不到 20 块钱。
他还以为我在开玩笑。今天这篇文章就来认真聊聊，如何用沁恒的 CH552 单片机，制作一个支持 SWD 协议的 USB 调试器。不仅能调试 STM32，还能调试 GD32、HK32 等各种 ARM Cortex-M 内核的芯片。
需要准备什么？
| 元件 | 型号 | 价格 |
|---|---|---|
| 主控芯片 | CH552G | ¥3.5 |
| USB 接口 | Type-C 母座 | ¥1.2 |
| 调试接口 | 2.54mm 排针 | ¥0.5 |
| 晶振 | 12MHz | ¥0.3 |
| 电容 | 10pF × 2 | ¥0.2 |
| 电阻 | 1kΩ × 2 | ¥0.1 |
| LED 指示灯 | 3mm 红色 | ¥0.2 |
| PCB 打样 | 5×5cm | ¥5.0 |
| 总计 | ¥11.0 |
没错，全套成本不到 12 块钱。如果你手头有现成的 CH552 开发板，那成本几乎为零。
为什么选 CH552？
CH552 是沁恒推出的一款增强型 8 位 USB 单片机，主要特性：
-
主频最高 24MHz
-
内置 USB 全速控制器
-
10KB SRAM，2KB XRAM
-
14KB Flash
-
支持 USB Device 和 Host 模式
最关键的是：它便宜。相比 FT2232H（¥35+）、CP2102（¥8+），CH552 的成本优势太明显了。
步骤 1：硬件原理图
SWD 协议只需要 4 根线： | --- | --- | --- | | VCC | 电源 | 5V/3.3V 输出 | | GND | 地 | GND | | SWCLK | 时钟 | P1.4 | | SWDIO | 数据 | P1.5 |
CH552G
┌─────────────────┐
USB D- │1 ○ ○ 40│ VCC
USB D+ │2 ○ ○ 39│ GND
│ ○ ○ │
│ ○ ○ │ P1.4 (SWCLK)
│ ○ ○ │ P1.5 (SWDIO)
└─────────────────┘注意事项： ⚠️ CH552 是 5V 供电，但 IO 口兼容 3.3V。如果目标芯片是 3.3V 系统，建议通过 LDO（如 AMS1117-3.3）降压后给目标板供电。
步骤 2：固件开发
我们需要实现两个功能：
-
$1
-
$1
2.1 工程配置
使用 SDCC 编译器，创建 Makefile：
CC = sdcc
OBJ = usb_debugger.rel
all: $(OBJ)
$(CC) -o usb_debugger.ihx $(OBJ)
$(OBJ): usb_debugger.c
$(CC) -c usb_debugger.c
flash:
ch55xburn --erase --write usb_debugger.bin --verify
clean:
rm -f .rel .lst .map .ihx *.bin2.2 USB 描述符配置
// usb_debugger.c
#include
#include
#include
// USB 设备描述符
__code UINT8 DevDesc[] = {
18, // 描述符长度
0x01, // 设备描述符类型
0x10, 0x01, // USB 版本 1.1
0x00, // 设备类
0x00, // 设备子类
0x00, // 设备协议
8, // 最大包大小
0x43, 0x48, // VID: 0x4843 (沁恒)
0x52, 0x55, // PID: 0x5552
0x00, 0x01, // 设备版本
0x01, // 制造商字符串索引
0x02, // 产品字符串索引
0x00, // 序列号索引
0x01 // 配置数
};
// 配置描述符
__code UINT8 CfgDesc[] = {**
9, // 配置描述符长度
0x02, // 配置描述符类型
32, 0x00, // 总长度
0x01, // 接口数
0x01, // 配置值
0x00, // 配置字符串索引
0x80, // 属性
50, // 最大电流 100mA
// 接口描述符
9, // 接口描述符长度
0x04, // 接口描述符类型
0x00, // 接口号
0x00, // 备用设置
0x02, // 端点数
0x02, // 接口类 (CDC)
0x02, // 接口子类
0x01, // 接口协议
0x00, // 接口字符串索引
// CDC 功能描述符
0x05, 0x24, 0x00, 0x10, 0x01,
0x05, 0x24, 0x01, 0x00, 0x00,
0x04, 0x24, 0x02, 0x02,
0x05, 0x24, 0x06, 0x00, 0x01,
// 端点描述符
7, // 端点描述符长度
0x05, // 端点描述符类型
0x81, // 端点地址 (IN)
0x03, // 传输类型 (中断)
0x08, 0x00, // 最大包大小
0x01, // 轮询间隔
7, // 端点描述符长度
0x05, // 端点描述符类型
0x02, // 端点地址 (OUT)
0x03, // 传输类型 (中断)
0x08, 0x00, // 最大包大小
0x01 // 轮询间隔
};
// 字符串描述符
__code UINT8 LangDesc[] = { 0x03, 0x02, 0x09, 0x04 };
__code UINT8 ManuDesc[] = { 0x03, 0x0C, 0x43, 0x00, 0x48, 0x00, 0x35, 0x00, 0x35, 0x00, 0x32, 0x00 };
__code UINT8 ProdDesc[] = { 0x03, 0x1A, 0x53, 0x00, 0x57, 0x00, 0x44, 0x00, 0x20, 0x00, 0x44, 0x00, 0x65, 0x00, 0x62, 0x00, 0x75, 0x00, 0x67, 0x00, 0x67, 0x00, 0x65, 0x00, 0x72, 0x00 };2.3 SWD 时序实现
SWD 协议的核心是时钟和数据线的时序控制：
// SWD 引脚定义
#define SWDIO_PIN P1_5
#define SWCLK_PIN P1_4
// SWDIO 方向控制 (0=输出，1=输入)
__sbit __at (0x94) DIRECTION;
// 初始化 SWD 接口
void SWD_Init() {
SWCLK_PIN = 0;
SWDIO_PIN = 0;
DIRECTION = 0; // 设置为输出
}
// 发送一个比特
void SWD_WriteBit(UINT8 bit) {
SWDIO_PIN = bit;
SWCLK_PIN = 1;
_nop_();
_nop_();
SWCLK_PIN = 0;
}
// 读取一个比特
UINT8 SWD_ReadBit() {
UINT8 bit;
DIRECTION = 1; // 设置为输入
SWCLK_PIN = 1;
_nop_();
bit = SWDIO_PIN;
SWCLK_PIN = 0;
DIRECTION = 0; // 恢复输出
return bit;
}
// 发送 32 位数据
void SWD_WriteWord(UINT32 data) {
for (UINT8 i = 0; i
SWD_WriteBit((data >> i) & 1);
}
}
// 读取 32 位数据
UINT32 SWD_ReadWord() {
UINT32 data = 0;
for (UINT8 i = 0; i
data |= (UINT32)SWD_ReadBit()
}
return data;
}
2.4 SWD 协议握手
连接目标芯片需要先进行握手：
// SWD 序列：从 SWD 切换到 SWJ
void SWD_Sequence_Switch() {
// 发送至少 50 个 1
for (UINT8 i = 0; i // 连接目标芯片
UINT8 SWD_Connect() {
UINT32 idcode;
// 发送切换序列
SWD_Sequence_Switch();
// 读取 IDCODE 寄存器
SWD_WriteWord(0x9E); // 读 IDCODE 请求
SWD_WriteBit(0); // 奇偶校验
SWD_WriteBit(1); // 停止位
// 读取响应
UINT8 ack = SWD_ReadBit() | (SWD_ReadBit()
(SWD_ReadBit()
if (ack != 0x01) {
return 0; // 连接失败
}
// 读取 IDCODE
idcode = SWD_ReadWord();
if (idcode == 0 || idcode == 0xFFFFFFFF) {
return 0; // 无效 ID
}
return 1; // 连接成功
}步骤 3：上位机软件
固件完成后，我们需要一个上位机来发送调试命令。这里提供一个简单的 Python 脚本：
# swd_debugger.py
import serial
import struct
import time
class SWDDebugger:
def __init__(self, port, baudrate=115200):
self.serial = serial.Serial(port, baudrate, timeout=1)
def connect(self)
#连接到调试器
self.serial.write(b'CONNECT\n')
response = self.serial.readline()
return response.strip() == b'OK'
def read_memory(self, address, size=4):
#读取内存
cmd = struct.pack('
self.serial.write(cmd)
response = self.serial.read(size)
return int.from_bytes(response, 'little')
def write_memory(self, address, value):
#写入内存
cmd = struct.pack('
self.serial.write(cmd)
response = self.serial.readline()
return response.strip() == b'OK'
def halt(self):
#暂停 CPU
self.serial.write(b'HALT\n')
return self.serial.readline().strip() == b'OK'
def resume(self):
#恢复运行
self.serial.write(b'RESUME\n')
return self.serial.readline().strip() == b'OK'
#使用示例
if __name__ == '__main__':
debugger = SWDDebugger('/dev/ttyUSB0')
if debugger.connect():
print(✅ 连接成功)
# 读取芯片 ID
idcode = debugger.read_memory(0xE00FFFD0)
print(f芯片 ID: 0x{idcode:08X})
# 暂停 CPU
debugger.halt()
print(CPU 已暂停)
# 读取 PC 寄存器
pc = debugger.read_memory(0xE000ED38)
print(fPC: 0x{pc:08X})
# 恢复运行
debugger.resume()
print(CPU 已恢复)
else:
print(❌ 连接失败)步骤 4：测试验证
烧录固件后，插入电脑：
# 查看设备
$ lsusb
Bus 001 Device 042: ID 4843:5552 QinHeng Electronics CH552 SWD Debugger
#查看串口设备
$ ls /dev/ttyUSB*
/dev/ttyUSB0运行测试脚本：
$ python3 swd_debugger.py
✅ 连接成功
芯片 ID: 0x2BA01477
CPU 已暂停
PC: 0x08000234
CPU 已恢复效果展示：**
常见问题排查
问题 1：设备无法识别
-
原因： USB 描述符配置错误
-
解决： 检查
DevDesc和CfgDesc是否与代码一致，确保 VID/PID 正确
问题 2：SWD 连接失败
-
原因： 接线错误或目标芯片未供电
-
解决：
检查 SWCLK/SWDIO 是否接反
-
确保目标芯片 VCC 有 3.3V 供电
-
检查 GND 是否共地
问题 3：读写数据错误
-
原因： 时序过快或奇偶校验错误
-
解决：
降低 SWD 时钟频率（在 SWD_WriteBit 中增加延时）
- 检查奇偶校验计算是否正确
问题 4：CH552 无法烧录
-
原因： bootloader 模式未进入
-
解决：
断电后按住 BOOT 键
-
上电，等待 1 秒后松开 BOOT 键
-
运行
ch55xburn烧录
扩展功能
这个调试器还可以扩展更多功能：
-
$1
-
$1
-
$1
-
$1
总结
用 CH552 制作 SWD 调试器，成本不到 12 块钱，却能实现商业调试器的核心功能。对于学生、创客和小型团队来说，这是一个性价比极高的选择。
当然，这个方案也有局限性：
-
最高 SWD 时钟约 1MHz（受限于 CH552 主频）
-
不支持 ETM 跟踪
-
需要自己编写上位机软件
但对于日常开发和调试来说，完全够用了。
希望这篇博客文章对您有所帮助！
相关资源：- CH552 数据手册- ARM SWD 协议规范- OpenOCD 源码参考- 本项目 GitHub
