DP、AP 与 SELECT

主线位置：访问主线中段的下半截。上一层要「读 AP0 的 DRW」，本页讲 ArmCommunicationInterface 在把它交给探针之前要做什么：确保连上了那个 DP、DP 已上电、SELECT 指向了正确的 AP 和 bank。

flowchart TB
  req["read_raw_ap_register(AP0, 0x0C)"] --> sap["select_ap_and_ap_bank"]
  sap --> sdp["select_dp：第一次就跑 setup 和 start"]
  sdp --> cache{"SELECT 缓存和要的一样吗"}
  cache -->|"一样"| raw["probe.raw_read_register(ApRegister 0x0C)"]
  cache -->|"不一样"| wsel["写 DP SELECT，更新缓存"] --> raw

ADI 的模型

ARM 调试接口（Arm Debug Interface，ADI）把调试器看到的东西分两层：

DP（Debug Port）：线这一端。SWD 或 JTAG 的每个包都是对 DP 或 AP 的一次寄存器访问。DP 自己有 DPIDR（只读，身份）、ABORT（只写，清错误）、CTRL/STAT（上电请求和错误标志）、SELECT（选 AP 和 bank）、RDBUFF（取 posted 读的结果）几个寄存器。一根 SWD 线上通常只有一个 DP；SWD v2 的 multidrop 允许多个 DP 共享一根线，靠 TARGETSEL 选中其中一个（RP2040 就是这样）。
AP（Access Port）：DP 后面的若干个端口。最常见的是 MEM-AP，它把「读写 AP 寄存器」翻译成「读写一条系统总线上的地址」，下一页讲；也有厂商自定义的 AP，比如 nRF52 的 CTRL-AP。

SWD 请求里只有 A[3:2] 两位地址（位级探针），所以一个 AP 的 256 字节寄存器空间被分成 16 个 bank，每个 bank 4 个寄存器。SELECT 的高 8 位选 AP（APSEL），bit[7:4] 选 bank（APBANKSEL），bit[3:0] 选 DP 自己的 bank（DPBANKSEL，只影响 DP 地址 0x4）。ADIv6（DPv3）改成用 SELECT 加 SELECT1 拼出一个 64 位的 AP 基地址，AP 不再有编号。

probe-rs 用两个类型表示这两种地址（traits.rs）：ApAddress::V1(u8) 是 ADIv5 的 AP 编号，ApAddress::V2(ApV2Address) 是 ADIv6 的基地址；再加上 DpAddress（Default 或 Multidrop(targetsel)），合成 FullyQualifiedApAddress。目标描述里每个核写着自己的 AP，比如 STM32F103C8 的核是 ap: !v1 0。

ArmDebugInterface 与 ArmCommunicationInterface

架构层对探针的要求是 ArmDebugInterface：

// probe-rs/src/architecture/arm/communication_interface.rs
pub trait ArmDebugInterface: DapAccess + SwdSequence + SwoAccess + Send {
    fn reinitialize(&mut self) -> Result<(), ArmError>;
    fn access_ports(&mut self, dp: DpAddress)
        -> Result<BTreeSet<FullyQualifiedApAddress>, ArmError>;
    fn close(self: Box<Self>) -> Probe;
    fn select_debug_port(&mut self, dp: DpAddress) -> Result<(), ArmError>;
    fn current_debug_port(&self) -> Option<DpAddress>;
    fn memory_interface(
        &mut self,
        access_port: &FullyQualifiedApAddress,
    ) -> Result<Box<dyn ArmMemoryInterface + '_>, ArmError>;
}

DapAccess 是「按 DP 地址和 AP 地址读写寄存器」；memory_interface 给出某个 MEM-AP 上的内存接口。ST-Link 这类探针自己实现这个 trait（DebugProbe 与驱动注册表），其余的都用 ArmCommunicationInterface：

// probe-rs/src/architecture/arm/communication_interface.rs
pub struct ArmCommunicationInterface {
    probe: Option<Box<dyn DapProbe>>,

    /// Currently selected debug port. For targets without multidrop,
    /// this will always be the single, default debug port in the system.
    ///
    /// If this is None, the interface is in an uninitialized state.
    current_dp: Option<DpAddress>,
    dps: HashMap<DpAddress, DpState>,
    use_overrun_detect: bool,
    sequence: Arc<dyn ArmDebugSequence>,
}

dps 给每个连过的 DP 存一份 DpState：DP 的版本，和一份 SELECT 的缓存（SelectCache::DPv1(SelectV1) 或 SelectCache::DPv3(SelectV3, Select1)）。sequence 是芯片的调试序列，DP 的 setup、start、stop 都要问它。

select_dp：懒初始化

所有访问的第一步都是 select_dp。它做两件事：

换 DP。current_dp 不是要的那个时：如果此前没连过任何 DP，跑完整的 debug_port_setup（线复位、JTAG 转 SWD、必要时从 dormant 状态唤醒、读 DPIDR）；如果只是在 multidrop 的几个 DP 之间切换，先试快速的 debug_port_connect（线复位加 TARGETSEL），失败了再退回完整的 setup。0.32 把快速切换失败时的那条日志从 warn 降成了 debug（#4133），因为 RP2040 这类芯片上这是预期中的失败。
初始化 DP 状态。dps 里还没有这个 DP 时，跑 debug_port_start（清错误、给调试域和系统域上电），然后按需要打开 CTRL/STAT 的溢出检测，读 DPIDR 记下版本；DPv3 的 SELECT 缓存换成 ADIv6 的形式。

// probe-rs/src/architecture/arm/communication_interface.rs，select_dp 里
            let idr: DebugPortId = self.read_dp_register::<DPIDR>(dp)?.into();
            tracing::info!(
                "Debug Port version: {} MinDP: {:?}",
                idr.version,
                idr.min_dp_support
            );
            // ...
            state.debug_port_version = idr.version;
            if idr.version == DebugPortVersion::DPv3 {
                state.current_select = SelectCache::DPv3(SelectV3(0), Select1(0));
            }

也就是说，连接是懒的：ArmCommunicationInterface::create 只是把探针和序列存起来，第一次真正访问时才连。Session::new 会显式调一次 select_debug_port，控制这件事发生在 attach 的哪一步（调试序列与 vendor）。

0.30 去掉的 typestate

0.29 里这个类型是 ArmCommunicationInterface<S: ArmDebugState>，状态参数有 Uninitialized 和 Initialized 两种；探针先给出一个 UninitializedArmProbe，调 initialize 才得到可用的接口。0.30 的 #3382 把它改成现在的样子：状态从类型参数挪进了 current_dp: Option<DpAddress>，「未初始化」变成运行期的 None。

取舍很直接。typestate 让「对未初始化的接口读 AP」在编译期就过不去，代价是每个持有接口的地方都要写清楚状态参数，而接口要被装进 Box<dyn ArmDebugInterface>、在 Session 里长期存放、还要支持 reinitialize（某些芯片的复位会把 DP 也复位掉，序列需要原地重连）；这些在 typestate 下都别扭。改成运行期状态之后，「重连」就是把 current_dp 和 dps 清掉再 select_dp 一次：

// probe-rs/src/architecture/arm/communication_interface.rs
    fn reinitialize(&mut self) -> Result<(), ArmError> {
        let current_dp = self.current_dp;

        // Simulate the drop / close of the initialized communication interface.
        self.disconnect();

        // This should be set to None by the disconnect call above.
        assert!(self.current_dp.is_none());
        assert!(self.dps.is_empty());

        // Reconnect to the DP again
        if let Some(dp) = current_dp {
            self.select_dp(dp)?;
        }

        Ok(())
    }

同一批改动还把 trait 名 ArmProbeInterface 改成了 ArmDebugInterface（#3425）。

SELECT 缓存

访问 AP 寄存器前，select_ap_and_ap_bank 先算出这次需要的 SELECT 值，和缓存比较，不一样才写：

// probe-rs/src/architecture/arm/communication_interface.rs
        let previous_select = dp_state.current_select;
        match (ap.ap(), &mut dp_state.current_select) {
            (ApAddress::V1(port), SelectCache::DPv1(s)) => {
                let ap_register_address = (ap_register_address & 0xFF) as u8;
                let ap_bank = ap_register_address >> 4;
                s.set_ap_sel(*port);
                s.set_ap_bank_sel(ap_bank);
            }
            (ApAddress::V2(base), SelectCache::DPv3(s, s1)) => {
                let address = base.0.unwrap_or(0) + ap_register_address;
                s.set_addr(((address >> 4) & 0xFFFF_FFFF) as u32);
                s1.set_addr((address >> 32) as u32);
            }
            // ... 两种不匹配的组合，见下文
        }

        if previous_select != dp_state.current_select {
            tracing::debug!("Changing SELECT to {:x?}", dp_state.current_select);

            match dp_state.current_select {
                SelectCache::DPv1(select) => {
                    self.write_dp_register(ap.dp(), select)?;
                }
                SelectCache::DPv3(select, select1) => {
                    self.write_dp_register(ap.dp(), select)?;
                    self.write_dp_register(ap.dp(), select1)?;
                }
            }
        }

然后 read_raw_ap_register 只把地址的低 8 位交给探针：RegisterAddress::ApRegister((address & 0xFF) as u8)，探针再从里面取 A[3:2]。DP 寄存器走另一个函数 select_dp_and_dp_bank，只有地址 0x0 和 0x4 可能需要切 DPBANKSEL。

地址类型和 DP 版本对不上的两种组合，0.32 都给了明确的处理：DPv3 的目标描述里写了 ADIv5 风格的 AP 0，就当作基地址 0 用并打一条警告（#4032）；选了一个用 APv2 地址的芯片（比如 RP2350），实际连上的却是只有 ADIv5 SELECT 的 DP，返回错误而不是走到 unreachable!（#4129），错误信息提示「This usually means the wrong chip was selected for the attached target.」

缓存有一个前提：只有 probe-rs 自己写 SELECT。如果有别的东西改了目标的 SELECT（比如目标复位把 DP 也复位了），缓存就和实际不符，后续访问会落到错误的 AP 或 bank 上；这正是 reinitialize 要清空 dps 的原因。

实验：attach 时 DP 一侧发生了什么

模拟目标（本部分的说明）上 attach STM32F103C8，开头 18 行全是 DP 一侧的：

  SWJ_Sequence 51 bits 0x7ffffffffffff
  SWJ_Sequence 16 bits 0xe79e
  SWJ_Sequence 54 bits 0x7ffffffffffff
  R DP DPIDR        -> 0x1ba01477
  W DP ABORT        =  0x0000001e
  W DP SELECT       =  0x00000000
  R DP CTRL/STAT    -> 0x00000000
  W DP SELECT       =  0x00000000
  R DP DPIDR        -> 0x1ba01477
  R DP CTRL/STAT    -> 0x00000000
  W DP ABORT        =  0x0000001f
  W DP CTRL/STAT    =  0x50000f00
  R DP CTRL/STAT    -> 0xf0000f00
  W DP CTRL/STAT    =  0x50000f00
  R DP CTRL/STAT    -> 0xf0000f00
  R DP CTRL/STAT    -> 0xf0000f00
  W DP CTRL/STAT    =  0xf0000f01
  R DP DPIDR        -> 0x1ba01477

逐段对应到代码：

行	来自	做什么
1–3	`debug_port_setup` → `debug_port_connect`	51 个周期的 1（线复位）；16 位的 `0xE79E`（JTAG 转 SWD）；再一次线复位，这次后面跟 3 个 0（空闲）
4–7	`debug_port_connect`	读 DPIDR 让 SWD 接口生效；写 ABORT `0x1e` 清四个粘滞错误；SELECT 归零；读一次 CTRL/STAT
8–15	`debug_port_start`	SELECT 归零，再读 DPIDR、CTRL/STAT；写 ABORT `0x1f`（多了 `DAPABORT`）；`CDBGPWRUPREQ`、`CSYSPWRUPREQ` 置 1（`0x50000f00`，bit[11:8] 的 `0xf` 是 byte lane 掩码），轮询到两个 ACK 位（`0xf0000f00`）；按源码注释再写一遍、再读一遍确认
16–17	`select_dp`	`use_overrun_detect` 是 `true`（模拟目标按位级探针的方式创建），读改写 CTRL/STAT，打开 `ORUNDETECT`（bit 0）
18	`select_dp`	读 DPIDR，`0x1BA01477`：bit[15:12] 版本 1（DPv1），bit[11:1] 设计者 `0x23B`（ARM 的 JEP106 编码）

第 19 行开始访问 AP：W DP SELECT = 0x000000f0，APSEL 0、APBANKSEL 0xF，为的是读 bank 0xF 里的 IDR（0xFC）。之后每次在 bank 0（CSW、TAR、DRW）和 bank 0xF（IDR、CFG、BASE）之间来回，都会多一个 SELECT 写；同一个 bank 里连续访问则一个也不多。比如建一个 MEM-AP 接口的 8 次访问里有 4 次是 SELECT（下一页）。

最后，access_ports 怎么知道有几个 AP：ADIv5 下 valid_access_ports 从 AP 0 往上逐个读 IDR，用 map_while，遇到第一个 IDR 为 0 的就停。模拟目标只有 AP 0，遍历 ROM table 时日志里就是 R AP0 IDR -> 0x24770011 之后紧跟 R AP1 IDR -> 0x00000000，到此为止。nRF52 的 CTRL-AP 是 AP 1，AP 编号连续，不受影响；编号中间有空洞的芯片，空洞之后的 AP 不会被枚举到，这是 map_while 的行为，实际是否有这样的芯片未核实。

小结

ADI 两层：DP 管线和上电，AP 挂在 DP 后面；SWD 只有 A[3:2] 两位地址，AP 寄存器靠 SELECT 的 APSEL 和 APBANKSEL 分 bank，ADIv6 改用 SELECT + SELECT1 拼出的 64 位基地址。
ArmCommunicationInterface 为所有 DAP 级探针实现 ArmDebugInterface；select_dp 懒连接：第一次访问时跑序列的 debug_port_setup 和 debug_port_start，打开溢出检测，读 DPIDR 定版本。
0.30 去掉了 typestate，状态改由 current_dp: Option<DpAddress> 表示，换来可以装箱、长期持有、原地 reinitialize。
每个 DP 一份 SELECT 缓存，值变了才写；地址类型和 DP 版本不匹配时 0.32 给出明确的警告或错误。
模拟目标上，attach 的 DP 部分是 3 个 SWJ 序列加 15 次 DP 访问；AP 枚举遇到第一个 IDR 为 0 的 AP 就停。