JTAG如何修复损坏的bootloader？-睿诚科技协会

核心概念：为什么需要JTAG修复Bootloader？

要理解JTAG和Bootloader在修复过程中的角色。

（图片来源网络，侵删）

Bootloader（引导加载程序）：是系统上电后运行的第一段代码，它的主要职责是初始化硬件（如时钟、内存、串口等），然后加载并执行主应用程序（如操作系统或固件），如果Bootloader损坏，系统可能无法启动，无法进入应用程序，甚至无法与外界通信（比如串口没反应）。
JTAG（Joint Test Action Group）：最初是一种用于电路板测试的标准接口，它更广为人知的是其调试功能，JTAG提供了一种直接访问和控制系统核心（如CPU）的机制，包括：
- 读写内存：可以像CPU一样直接访问系统的RAM和Flash/ROM。
- 单步/全速运行：可以控制CPU执行单条指令或全速运行。
- 设置断点：可以在特定代码地址暂停CPU执行。
- 下载程序：可以将编译好的二进制文件写入到目标板的Flash中。

JTAG修复Bootloader的核心原理：当Bootloader损坏导致系统无法正常启动时（串口无输出，无法进入下载模式），传统的串口下载方式（如dfu-util, fastboot, u-boot的loady命令）就失效了，因为串口本身可能由Bootloader初始化和控制。

JTAG就成了“救命稻草”，因为JTAG是与CPU核心直接通信的，它不依赖于已经运行的软件，我们可以通过JTAG接口，直接将一段完好的Bootloader代码写入到存储Bootloader的Flash区域，从而“修复”启动过程。

JTAG修复Bootloader的完整步骤

这个过程通常需要专业的硬件调试器（如J-Link, U-Link, ST-Link, OpenOCD等）和相应的软件。

准备工作

硬件调试器：例如J-Link。
目标板和连接线：目标开发板，以及连接调试器和目标板JTAG接口的排线（通常是10-pin或20-pin）。
开发环境：
- 调试器厂商的软件：如SEGGER的J-Link软件。
- OpenOCD：一个开源的JTAG/SWD调试工具，功能强大，支持多种芯片和调试器。
- GDB (GNU Debugger)：用于通过JTAG连接并控制目标CPU。
- 编译好的Bootloader固件：.bin或.hex格式的、已知是完好的Bootloader文件。
技术文档：
- 芯片数据手册：了解CPU的内存映射，特别是Flash的基地址、大小、扇区/页大小。
- 板级支持包：了解Bootloader在Flash中的确切位置。

详细操作流程

第1步：物理连接

（图片来源网络，侵删）

将JTAG调试器通过排线连接到目标板的JTAG/SWD调试接口。
确保目标板已通电（通常是5V或3.3V，根据板卡要求）。

第2步：识别并擦除目标Flash

这是最关键的一步,我们需要擦除包含旧（损坏）Bootloader的Flash区域，以便写入新的固件。

启动调试工具：使用OpenOCD，你需要一个配置文件（.cfg）来告诉OpenOCD如何连接你的调试器和目标芯片。
```
# 示例命令，具体配置文件和参数因平台而异
openocd -f interface/jlink.cfg -f target/stm32f4x.cfg
```
连接GDB：在另一个终端中，启动GDB并连接到OpenOCD的端口。
```
arm-none-eabi-gdb
(gdb) target remote localhost:3333
```

识别内存：在GDB中，使用monitor命令与OpenOCD交互，查看Flash信息。

(gdb) monitor flash list
# 这会列出所有Flash Bank的信息，包括起始地址、大小等。
# 假设我们找到了Bank 0，地址从0x08000000开始，大小为1MB。

擦除Flash：擦除包含Bootloader的整个区域。通常需要擦除整个Flash扇区，而不是只擦除Bootloader占用的部分，以防有残留数据影响。
```
# 擦除从0x08000000开始，大小为0x20000 (128KB) 的区域，这通常是Bootloader的大小
(gdb) monitor flash erase_address 0x08000000 0x20000
```
注意：擦除操作是不可逆的，请确保地址和大小正确。

第3步：写入新的Bootloader

（图片来源网络，侵删）

现在Flash已经清空,我们可以将编译好的Bootloader文件写入。

在GDB中,使用load命令将.bin或.hex文件下载到目标地址。

# 假设新的Bootloader文件是 good_bootloader.bin
# 并且它应该被放置在Flash的起始地址 0x08000000
(gdb) load good_bootloader.bin

GDB会通过JTAG将文件内容写入到0x08000000开始的Flash区域。

第4步：验证写入

写入完成后,最好进行验证，确保数据正确无误。

使用GDB读取内存比较

# 将good_bootloader.bin文件加载到GDB的本地内存中
(gdb) restore good_bootloader.bin binary 0x20000000
# 比较目标Flash内存和本地内存
(gdb) compare-sections

compare-sections会检查所有已加载段的校验和，如果成功，说明数据一致。

使用调试器自带的校验命令

(gdb) monitor verify_flash good_bootloader.bin 0x08000000

第5步：断开连接并重启

验证无误后,断开GDB和OpenOCD。
```
(gdb) detach
(gdb) quit
```
断开JTAG调试器。
重新给目标板上电,此时系统应该会用新的Bootloader启动。

实例：修复STM32的Bootloader

假设一块STM32F4 Discovery板，其内置的Bootloader（系统存储器）被意外覆盖或损坏，导致无法通过串口进入DFU模式。

准备：
- 硬件：ST-Link调试器（通常板载）。
- 软件：STM32CubeProgrammer（图形化界面，最简单）或命令行工具STM32CubeProgrammer_CLI。
- 固件：从ST官网下载对应芯片型号的官方DFU固件（一个.dfu或.bin文件）。
使用STM32CubeProgrammer（图形化）：
- 打开软件,选择"ST-LINK"作为连接方式。
- 点击"连接"按钮，如果连接成功，软件会读取到芯片信息。
- 在左侧菜单选择"DFU"。
- 点击"..."按钮，选择你下载好的官方DFU固件文件。
- 点击"下载"按钮，软件会自动擦除整个Flash并写入新的DFU固件。
- 下载完成后,点击"断开连接"，重启板子，现在应该可以通过串口进入DFU模式了。
使用OpenOCD + GDB（命令行）：
- 连接：openocd -f interface/stlink.cfg -f target/stm32f4x.cfg
- 启动GDB：arm-none-eabi-gdb
- 连接GDB：(gdb) target remote localhost:3333
- 擦除：(gdb) monitor flash erase_address 0x08000000 0x100000 (擦除整个1MB Flash)
- 加载：(gdb) load official_bootloader.bin
- 验证：(gdb) monitor verify_flash official_bootloader.bin 0x08000000
- 退出：(gdb) detach; quit