开发者分享 | HelixLink 多功能调试器

简介：HelixLink是一个开创性的开源硬件项目，旨在打造一款模块化、可扩展、高性价比的多功能调试器。并通过精心设计的扩展接口，构建一个属于创客和工程师的调试工具生态系统。

开源协议：CC BY-NC-SA 4.0

项目发起人

HelixLink项目由【HelixLink团队】协作完成，核心成员分工如下：

【flyn】：负责硬件电路设计、机械结构开发以及 UI 界面设计。
【maxiao】：负责软件整体架构设计，单片机固件与上位机软件的主要代码实现。
【B-S-J】：负责部分底层驱动的编写与测试，修复已知 Bug，撰写项目技术文档及制作演示视频。

本项目欢迎社区贡献。提交代码前请阅读 CONTRIBUTING.md，并遵循已有的代码风格和提交规范。

概述

HelixLink：多功能嵌入式调试工作站

将DAPLINK在线调试、双路串口、总线工具、逻辑分析、信号发生和本地交互集中到一套可扩展的软硬件平台中。

HelixLink 面向嵌入式工程师、电子爱好者和高校开发者，以先楫半导体 HPM5361 RISC-V MCU 为核心，通过一个 USB 2.0 High-Speed 复合设备连接电脑，并配套设备端图形界面和 Qt 桌面上位机。

代码仓库

https://gitee.com/helixlink

视频介绍

文档更新

2026-08-14：发布第一版固件、硬件和上位机，基础功能已完成。
2026-08-21：添加附件清单BOM，添加面板下单参数等说明。

1. 项目简介

嵌入式开发中，调试、串口通信、CAN 总线分析、逻辑分析和信号输出往往需要多种工具配合完成。HelixLink 将这些常用功能集中在一块便携式核心板上，并通过屏幕、桌面上位机和扩展接口，满足开发、调试和教学等场景的使用需求。

2. 项目功能

HelixLink 将在线调试、串口通信、总线调试、信号测量、文件存储和设备管理能力集成到同一块核心板，并通过桌面上位机和扩展接口提供更多功能。

核心功能：

基于 DAPLink 的 CMSIS-DAP 实现 SWD / JTAG 在线调试与程序烧录，默认 SWJ 时钟配置为 10 MHz。
支持双路 USB 转串口，用于串口通信、日志查看和数据透传；另有独立 USB CLI 用于设备命令和调试信息。
支持 CAN / CAN FD 调试功能，支持报文收发、过滤和定时发送。
支持 I²C 与 SPI 主机工具，可配置总线参数并完成设备读写和协议联调。
支持逻辑分析仪，通过 ADC 多路采样获取目标信号，并在桌面端显示波形。
当前支持信号发生器功能，可通过上位机配置通道和波形参数，并使用 PWM 合成测试信号；后续将移除该功能，改为 PWM 信号发生器，信号发生器相关功能移至扩展板。

存储与本地交互：

配备 2.31 英寸 320 × 240 TFT 屏、拨轮、功能按键、LED 和蜂鸣器，可用于状态显示、功能选择和操作提示。
配备板载 Flash 和 Micro SD，分别使用 LittleFS 和 FatFs 管理存储数据。
Micro SD 可通过 USB MSC 暴露给电脑，用于文件传输和存储管理。

扩展功能：

20 Pin 多功能接口引出 SWD / JTAG、双路 TTL、CAN、I²C、SPI、ADC / PWM、5 V 和 3.3 V。
16 Pin 扩展接口引出 GPIO、5 V、3.3 V 和 GND，可连接自定义扩展板。
核心板预留 UART Wi-Fi 模块和 SPI 2.4 GHz 模块电路，可继续扩展无线通信功能。
预留扩展接口，方便后续扩展其他模块。

开发中功能：

离线烧录器功能尚未发布。
CAN FD 和逻辑分析仪性能还有优化空间，信号发生器后续将调整为 PWM 信号发生器。
不同功能的扩展板。

3. 主要参数

主控：先楫 HPM5361ICB1 RISC-V MCU
USB： USB Type-C，USB 2.0 High-Speed
屏幕： 2.31 英寸 TFT，分辨率 320 × 240
存储： 16 MB Flash，支持 Micro SD
供电： USB 5V 输入，可向外提供 5V 和 3.3V
整机尺寸： 55 × 55 × 15 mm

4. 硬件设计

4.1 核心板架构

核心板围绕 HPM5361 构建，包含 USB Type-C、LCD、本地输入与指示、板载 Flash、Micro SD、CAN 收发器、调试/通信接口、无线通信模块以及扩展接口。

核心板原理图采用模块化设计，覆盖主控最小系统、电源管理、板载存储、显示与本地交互、CAN 通信，以及调试、无线和通用扩展接口等电路。

4.2 调试与通信接口

本项目采用兼容标准 20 Pin JTAG 定义的多功能接口，同时复用 UART、CAN、I²C、SPI、信号发生器和逻辑分析仪等功能。

SWD / JTAG：兼容标准 20 Pin JTAG 接口。
双路 UART：当前板级代码映射到 MCU 的 UART3 与 UART4，并与 USB CDC 桥接。
CAN：使用 SIT1042AQTK/3 收发器，支持标准 CAN 和最高 5 Mbit/s 的 CAN FD（本项目未板载 120 Ω 终端电阻）。
I²C：SCL/SDA 配有 10 kΩ 上拉至 3.3 V，并通过主接口引出。
SPI、PWM、ADC/OPA：作为调试、采集、输出或扩展功能使用，部分引脚存在复用关系。

4.3 显示、交互与存储

4.3.1 屏幕

核心板配备 2.31 英寸、320 × 240 分辨率的 TFT 屏，通过 SPI 接口驱动，并使用 DMA 提高刷新效率。设备端基于 LVGL 构建图形界面，用于显示设备状态、功能菜单和调试信息。

4.3.2 功能键与拨轮

板上有一个功能键和一个带按压的拨轮。拨轮左右各有两级触点，加上中间按压，相当于五个按键；当前固件使用上拨、下拨和按下三个输入，使用软件消抖。功能键与 BOOT0 复用，上电时按住可进入 USB 引导烧录模式。

4.3.3 LED 与蜂鸣器

板载红绿双色 LED 和蜂鸣器，用于提示设备启动、调试连接和异常状态：

开机状态：绿灯以 1 秒亮、1 秒灭的周期闪烁。
DAP 已连接或目标程序停止运行：绿灯常亮。
DAP 未连接：红灯常亮。
目标程序正在运行：红灯呈呼吸效果。
蜂鸣器预设开机、警告和报警三种提示音，分别为 1 kHz 持续 1 秒、2 kHz 持续 2 秒和 3 kHz 持续 3 秒。

当前固件启动后默认进入开机灯效。蜂鸣器默认关闭，主要用于配合后续的离线烧录功能；当前提示音已经配置完成，但尚未接入上层应用代码。

4.3.4 存储系统

核心板配备 W25Q128JVSIQ（16 MB）板载 Flash 和 Micro SD 卡槽。Micro SD 使用的 SPI0 与主控自身的硬件 JTAG 共用 PA04～PA07，固件通过 PA09 的 CD 引脚检测 SD 卡是否插入：插卡后引脚切换为 SPI0，此时无法通过该组 JTAG 接口调试或烧录核心板主控；拔卡后引脚恢复为 JTAG。板载 Flash 使用 LittleFS 管理本地文件；Micro SD 使用 FatFs 管理文件，可存储固件、日志和采集数据，并支持通过 USB MSC 作为 U 盘连接电脑。

4.4 电源与保护

核心板由 USB Type-C 5 V 供电，VBUS 经限流后生成系统 +5V，再转换为 +3V3，并分别为模拟、无线和扩展接口提供独立电源。多功能接口可输出 +5V_OUT 和 +3V3_OUT，两路均带有限流保护。

USB 接口带有 ESD 保护，CAN 总线带有共模电感和 TVS，I²C、SPI、UART 及模拟接口也加了 ESD 保护阵列，用于接口插拔和外部接线时的静电防护。

4.5 扩展与预留接口

核心板预留了 2.4 GHz 和 Wi-Fi 模块位置，便于后续扩展无线调试功能。2.4 GHz 模块与 20 Pin 接口的 JTAG 信号复用，使用该模块时无法使用烧录功能；当前版本暂未使用无线模块。

扩展接口预留了 2 路 UART、DAC，以及 I²C 和 CAN 各 1 路，具体引脚对应如下：

引脚	外设
PA00、PA01	UART0
PY06、PY07	UART1
PY04、PY05	CAN3
PY02、PY03	I²C2
PB08、PB09	DAC

5. 软件设计

软件代码主要放在 02_software 目录下，目录结构如下：

软件部分包括设备固件和桌面上位机。设备固件从 firmware/user/main.c 启动，完成各级模块初始化后进入 FreeRTOS 调度；上位机请求经 Protobuf 编码后，通过 libusb 发送到设备端 Bulk 接口，设备完成解析并调用对应功能模块，再将结果和状态数据返回上位机。

固件和上位机都使用 CMake 构建。固件使用 HPM SDK 和 RISC-V GCC 工具链；上位机使用 Qt 6.8 和 C++17，libusb 直接随源码编译。两端共用 share/com 下的 .proto 文件，构建时会自动生成对应的 nanopb 代码。开发者分享 | HelixLink 多功能调试器图10

5.1 设备固件

设备固件基于 FreeRTOS，main() 主要完成板级初始化、GPIO 配置和模块加载，随后启动任务调度。各功能模块负责自身的外设配置，并按需要创建信号量、消息队列和任务。

工程在 module_load.h 中参考 RT-Thread 实现了分级初始化注册机制，系统启动时按照板级、设备、组件、环境和应用的顺序加载模块，不需要在 main() 中逐个调用初始化函数。对应的注册宏如下：

新增模块时，在 module 目录下建立对应文件并实现初始化函数，再根据模块的依赖关系选择注册级别。需要持续运行的功能可在初始化函数中创建 FreeRTOS 任务。完成注册后，模块会随系统启动自动加载，无需修改 main()。

5.2 统一通信协议

固件和桌面端共用 .proto 消息定义，目前覆盖设备信息、错误、CAN、I²C、SPI、逻辑分析和信号发生模块。

通信帧结构为：

0x55 0xAA | Payload Length (uint32 LE) | Protobuf Envelope | CRC-16/CCITT-FALSE

协议支持请求/响应关联和设备主动通知。单帧 Protobuf 负载上限为 2048 B；大数据采集需要通过多帧事件持续上报。

5.3 桌面上位机

桌面端基于 Qt 6.8 Widgets 与 C++17，采用 UI 线程和设备工作线程分离的模块化设计。当前工程包含：

设备发现、连接、信息与能力查询
CAN / CAN FD 报文收发、过滤与定时发送界面
I²C 与 SPI 参数配置、数据读写
逻辑分析波形显示
信号发生参数配置
设置、快捷命令、批量发送和会话保存

5.4 主要功能设计

5.4.1 在线调试与 USB 复合设备

设备端使用 CherryUSB 组成一个 USB 2.0 High-Speed 复合设备，其中调试功能采用 DAPLink 的 CMSIS-DAP 实现，负责处理 SWD / JTAG 调试命令。同一个 USB 接口还包含双路 CDC 串口、CLI、上位机通信接口和 Micro SD MSC，各功能使用独立的接口和端点。

5.4.2 双路 USB 转串口

两路 CDC 串口分别桥接 UART3 和 UART4。电脑设置串口波特率、数据位、停止位和校验方式后，固件同步更新对应的物理 UART。USB 收到的数据直接转发到 UART，UART 接收的数据通过缓冲区回传到 USB，实现双向透传。

5.4.3 CAN、I²C 与 SPI

CAN、I²C 和 SPI 模块向 module/com 注册各自的消息处理函数。上位机请求到达后，由通信模块完成解码和分发，再调用对应的 BSP 驱动执行配置、读写或报文发送，结果通过响应消息返回。CAN 接收使用独立任务轮询控制器，收到报文后通过通知消息主动上报，因此不需要上位机反复查询。

5.4.4 逻辑分析与信号发生

逻辑分析仪提供 9 路输入，可选择采集通道并设置高低电平触发条件，采集到的波形通过上位机实时显示，便于查看各接口的电平变化和通信时序。当前使用自定义通信协议，后续考虑适配 PulseView。

当前版本的信号发生器提供 11 个可选输出通道，支持正弦波、方波、三角波和直流输出，可设置频率、幅值和偏置。输出由 PWM 合成，正弦波和三角波需经过外部低通滤波后使用；后续将移除该功能，改为 PWM 信号发生器，相关功能移至扩展板。

5.4.5 存储管理

板载 W25Q128JVSIQ Flash 通过 SPI 连接，使用 LittleFS 管理本地文件；Micro SD 通过 SPI0 连接，使用 FatFs 管理文件。SD 卡在 FatFs 和 USB MSC 之间切换时由状态机统一处理，进入 U 盘模式前先卸载文件系统，退出后再重新挂载，避免电脑和设备端同时访问卡内数据。

5.5 LVGL 界面与 PC 模拟

设备端界面基于 LVGL 开发，界面源码位于 firmware/ui，包含页面、组件、图片和字体等资源，配合拨轮和功能按键进行操作。

工程同时提供 firmware/ui_simulator PC 模拟工程。模拟工程复用设备端的 LVGL 界面源码，使用 CMake 和 SDL2 生成 PC 窗口，可在没有连接硬件的情况下进行界面布局和交互调试；需要时还可以启用 FreeRTOS POSIX 模拟。模拟器主要用于界面开发，显示、拨轮和按键等硬件相关功能仍需在设备上验证。

6. 结构设计

本项目的结构设计采用方形便携结构。根据屏幕比例、边框观感、接口位置和装配方式进行了多次调整，使外形工整简洁，使用时也便于拿取和操作。开发者分享 | HelixLink 多功能调试器图12 整机外形约为 55 × 55 × 15 mm，大小接近掌心。正面使用 2.31 英寸横向屏幕，屏幕上、左、右三侧边框保持对称；下方 JTAG 接口区域的面板用于放置项目 Logo 和运行状态指示灯，降低大黑边的存在感。开发者分享 | HelixLink 多功能调试器图13 拨轮和功能按键布置在侧面，单手即可完成常用操作。同时，USB Type-C、侧面按键和拨轮高度保持一致，整体看起来更加协调。开发者分享 | HelixLink 多功能调试器图14 外壳预留 20 Pin 接口开口，支持标准 20 Pin 调试排线直接插入，无需拆开外壳。开发者分享 | HelixLink 多功能调试器图15 外壳内部设置定位柱和安装孔，核心板、屏幕、导光柱、拨轮和按键按对应位置插入装配，不需要额外使用螺钉。

7. 组装与复刻流程

7.1 PCB 下单与元件采购

PCB 下单使用最新的 helixlink_core_V1.3，板厚选择 1.6 mm，板层结构选JLC04161H-3313，免费阻抗。
元件可参考 BOM 购买，推荐从立创商城或淘宝采购，并注意核对封装。
面板下单参考以下选项，遮光建议强遮光，背胶可自行选择：

7.2 PCB 焊接与检查

PCB 背面的排母、Wi-Fi 模块和 2.4 GHz 模块暂不焊接；R7 电阻也不需要焊接，否则会导致 SD 卡无法正确识别。
上电前测量电源与 GND 之间是否短路，首次上电建议使用带限流功能的电源。
确认 +5V、+3V3 等主要电源正常后，再进行固件烧录和功能测试。

7.3 固件烧录

从官方仓库下载烧录工具：HPMicro Manufacturing Tool （https://github.com/hpmicro/hpm_manufacturing_tool）。
解压后运行 hpm_manufacturing_gui.exe，在左侧选项栏中选择如下参数：

按住 BOOT0 复用的功能按键后连接 USB，使芯片进入 USB 引导模式。

选择固件并点击烧录，等待烧录完成。

7.4 基础功能检查

烧录完成后断电重启，设备正常启动时绿色 LED 会闪烁，设备管理器中会出现以下 USB 设备。若串口名称尚未显示为 HelixLink USB，属于正常现象，可按下一步修改。其中，Helixlink USB to UART1 对应芯片的 UART3，Helixlink USB to UART2 对应芯片的 UART4，Helixlink USB Cli 用于调试。

项目提供 05_tools/win_usb_rename.ps1 脚本。连接 HelixLink 后，以管理员身份运行该脚本，可将 HelixLink 的 USB 串口修改为上图所示的名称，方便区分。
在串口助手中选择 Helixlink USB Cli 端口，以任意波特率打开，输入 help\r\n（必须包含换行）即可收到回复。部分串口助手还需开启 DTR 才能收到回复；随后可根据提示输入对应指令，验证部分功能。输入命令后必须带换行。

连接桌面上位机，确认设备能够被识别，并验证 CAN、I²C、SPI 等功能。验证 CMSIS-DAP 时，在 Keil 的 Debug 设置中选择 CMSIS-DAP，设备应识别为 CMSIS-DAP 设备，当前设备名称为 CherryUSB CMSIS-DAP；连接后绿色 LED 常亮。上位机占用设备时，Keil 无法连接 HelixLink，测试前需先断开上位机。