摆脱商业 IDE：基于 probe-rs 的 STM32F103 烧录与调试全流程实践

前言

Keil、IAR 等商业 IDE 虽然提供了完整的下载与仿真功能，但其商业授权模式在开源项目、自动化构建以及教学场景中均存在限制。随着 RISC-V 及国产 MCU 生态的快速发展，芯片架构日益碎片化，传统的"一款芯片配一款 IDE"的模式已难以为继。掌握通用的底层工具链，构建不依赖商业 IDE 的开发环境，是嵌入式工程师应对架构变迁的核心能力。

本文基于 STM32F103C8T6 平台，详细记录如何利用 probe-rs 这一开源工具完成程序的烧录与调试，并将其无缝集成至 VS Code 中，最终实现从编译、烧录到调试的全链路去 IDE 化。

完整的视频链接：
【MCU probe-rs用法】 https://www.bilibili.com/vide...

一、probe-rs 安装与验证

probe-rs 是一个用 Rust 编写的跨平台嵌入式调试工具集，支持 DAP-Link、J-Link 等常见调试探针。

1. 安装

前往 probe-rs 官网，根据文档指引，在 PowerShell 中执行安装命令：

# 示例命令（请以官网最新文档为准）
irm https://github.com/probe-rs/probe-rs/releases/latest/download/probe-rs-tools-installer.ps1 | iex

该脚本会自动完成工具下载并将路径添加至系统环境变量。

2. 验证

安装完成后，通过查看版本号确认环境配置成功：

probe-rs --version

二、命令行烧录与基础操作

1. 探测连接

将 DAP-Link 连接至电脑和开发板，使用以下命令列出当前连接的调试探针：

probe-rs list

若输出中显示 CMSIS-DAP 或 ST-Link 等设备信息，则说明硬件连接正常。

2. 程序烧录

确保工程已通过 CMake/Ninja/Clang 编译生成 .elf 文件后，执行烧录命令：

probe-rs run --chip STM32F103C8 target/firmware.elf

烧录成功后，复位开发板，通过串口助手确认程序正常运行。

3. 芯片支持与配置

若不确定芯片名称，可通过 probe-rs chip list 查看支持列表。即使芯片未被官方明确支持，只要其内核架构（如 Cortex-M3）受支持，仍可通过自定义 probe-rs.yml 配置文件实现烧录（常见于 XIP 或新型号 MCU）。

4. 常用命令解析

时钟频率：使用 --speed 参数指定 SWD 时钟频率。
内存读写：probe-rs read 和 probe-rs write 命令通过总线进行直读直写。
- 注意：write 命令无法写入 Flash。Flash 编程属于块操作，需遵循特定的擦除与编程算法，必须通过专门的 Flash 下载通道（如 run 或 download 命令）进行。
版本迭代：probe-rs 更新频繁，建议通过 probe-rs help 随时查阅最新命令用法。

三、集成至 VS Code Tasks

为了在 VS Code 中实现一键烧录，需配置 tasks.json。

1. 配置 Task

在 .vscode/tasks.json 中添加如下任务：

{
    "label": "Download",
    "type": "shell",
    "command": "probe-rs",
    "args": [
        "run",
        "--chip", "STM32F103C8",
        "${workspaceFolder}/build/firmware.elf"
    ],
    "group": "build",
    "presentation": {
        "echo": true,
        "reveal": "always",
        "focus": false,
        "panel": "shared"
    }
}

2. 执行

按下 Ctrl+Shift+P，输入 Run Task，选择 Download 即可完成烧录。

四、VS Code 仿真调试配置

probe-rs 本身不提供交互式界面，而是通过 dap-server 将 SWD/JTAG 操作转换为 DAP 协议，供 VS Code 内置的 DAP 客户端调用。

1. 环境准备

安装 VS Code 插件：probe-rs-debugger。
确保工程已包含调试信息（编译时添加 -g 或 -g3 标志）。

2. 配置 launch.json

创建 .vscode/launch.json，基于 probe-rs 模板进行关键项配置：

{
    "version": "0.2.0",
    "configurations": [
        {
            "type": "probe-rs-debug",
            "request": "launch",
            "name": "Debug (Launch)",
            "cwd": "${workspaceFolder}",
            "connectUnderReset": false,
            "speed": 1000,
            "chip": "STM32F103C8",
            "flashing": {
                "enabled": true,
                "verifyBeforeFlashing": true,
                "verifyAfterFlashing": true
            },
            "haltAfterReset": true,
            "coreConfigs": [
                {
                    "programBinary": "${workspaceFolder}/build/firmware.elf",
                    "index": 0
                }
            ],
            "consoleLogLevel": "Info"
        },
        {
            "type": "probe-rs-debug",
            "request": "attach",
            "name": "Debug (Attach)",
            "cwd": "${workspaceFolder}",
            "connectUnderReset": false,
            "speed": 1000,
            "chip": "STM32F103C8",
            "coreConfigs": [
                {
                    "programBinary": "${workspaceFolder}/build/firmware.elf",
                    "index": 0
                }
            ]
        }
    ]
}

3. 关键参数解析

参数	说明
connectUnderReset	`false`：常规连接；`true`：复位连接。适用于 SWD 引脚被用户代码禁用的情况（如 CubeMX 默认配置）。需确保调试器的 RESET 引脚已连接至 MCU
speed	时钟频率（kHz）。Keil 默认 10MHz 是因为其内部有频率自适应机制，而 `probe-rs` 设置为多少即固定为多少，建议初始设置为 `1000`（1MHz）以保证连接稳定性
chip	选择芯片型号
flashing.enabled	设为 `true` 可在调试前自动烧录程序
verifyBeforeFlashing	烧录前对比 Flash 数据与待下载文件，不一致才进行烧录，减少重复无用操作
verifyAfterFlashing	烧录后进行校验，防止下载数据出错
haltAfterReset	设为 `true` 时，调试启动后会暂停在 Reset Handler 入口
coreConfigs	指定要调试的程序文件，单核芯片只需一个 `index` 为 `0` 的配置项
consoleLogLevel	控制调试日志等级

五、调试实战与问题排查

1. 启动调试

按下 F5 启动调试。由于 haltAfterReset 为 true，程序会暂停在启动文件的汇编代码中。

注意：启动文件通常缺乏调试信息，在此处进行单步调试（Step Over）可能导致跳转异常。
建议：在 main 函数入口设置断点，按下 F5（Continue）全速运行至 main，再进行单步调试。

2. 调试信息格式问题

在查看局部变量时，若显示 <optimized out> 或解析异常，且确认编译时已添加 -g 标志，通常是因为工具链默认生成了 DWARF 5 调试信息，而当前版本的 probe-rs 或 VS Code 插件对其支持不完善。

解决方案：修改 CMake 编译 flags，强制生成 DWARF 4 格式：

set(CMAKE_C_FLAGS "${CMAKE_C_FLAGS} -g -gdwarf-4")
set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -g -gdwarf-4")

修改后重新编译，变量即可正常显示。

3. 外设寄存器查看（SVD 文件）

为了在不查阅手册的情况下实时查看寄存器状态，可利用 SVD（System View Description）文件：

从芯片厂商的 Pack 包中提取 STM32F103xx.svd 文件，放置于工程目录。
在 launch.json 中添加配置：

"svdFile": "${workspaceFolder}/STM32F103xx.svd"

重新启动调试，VS Code 左侧将显示"Peripherals"面板，可展开查看各外设寄存器实时值。

4. Attach 调试

选择 Debug (Attach) 配置，可在 MCU 正在运行时接入调试器。

应用场景：程序跑飞或进入 HardFault 时，无需复位，直接 Attach 即可查看当前的调用栈、寄存器状态和变量值，精准定位问题现场。

六、总结

通过上述配置，我们成功在 Windows + VS Code 环境下，利用开源工具链完成了 STM32F103 的编译、烧录与调试闭环。

这一方案的优势在于：

零成本：完全规避商业 IDE 的授权费用。
自动化友好：基于 CLI 和 JSON 配置，易于集成至 CI/CD 流水线。
架构通用性：无论是 ARM Cortex-M 还是 RISC-V，只需更换对应的 chip 参数和工具链，probe-rs 均可胜任。

掌握这种工具链思维，能够有效应对未来 MCU 架构碎片化带来的开发环境适配难题。

MCU probe-rs下载和仿真调试