ITM，（英文：Instrumentation Trace Macrocell，指令跟蹤宏單元），是一種針對MCU進行跟蹤調試的新方法，與打斷點（Breakpoint）不同，ITM方法不需要暫停程序運行，可以在程序全速運行的過程中實時輸出變量的數值以便觀察，即Trace功能。對於有一定產品開發經驗的工程師而言，會馬上意識到ITM的獨到用處：調試跟“通訊”有關的代碼將非常有用，後文將介紹一個調試USB設備應用代碼的實例。文章分爲下面幾個部分：
1、ITM的硬件環境
2、ITM的軟件環境與代碼實現方式
3、ITM在KEIL MDK上的實現
7、ITM應用實例：USB設備（模擬一個鼠標）代碼調試
其中1、2、3在本文中介紹，4、5、6、7分別在後續文章中介紹。
1、ITM的硬件環境
ITM可以理解爲一個可以提供調試數據結果的MCU內部的東東，他首先是一個硬件存在，在Cortex-M3，M4，M7上都支持（很遺憾，性價比很高的M0，M0+是不支持的），在代碼調試過程中，他與ST-LINK（或其他debugger設備）結合，可以實時查看MCU中變量的數值（其實ITM功能很強大，能顯示時間戳、記錄中斷的進出等，本文不詳述了），既然是實時的，就免不了有額外的硬件開銷，使用ST-LINK打斷點調試時，“信號”通路上只需要兩根線：SWDIO和SWCLK，一個是雙向的數據，一個是時鐘信號。ITM則不同，除了這兩根線，還需要額外的一個叫做SWO的信號線來傳輸Trace數據。也就是說，目標板MCU上會有一個pin跟ST-LINK的某一個pin連接，以ST官方的開發板NUCLEO-F411RE爲例，其電路原理圖如下，其中PB3用作了調試輸出管腳SWO：
圖一
再來看板載ST-LINK的電路部分：
圖二
可見，MCU的PB3最終是跟ST-LINK上的PA10管腳相連接的（也就是說，市面上買到的ST-LINK，如果沒有提供SWO管腳，是無法做ITM跟蹤調試的，這個本人沒有實測過，哪位網友如果知道是否能用ITM，請留言告知，謝謝），這樣就具備了ITM調試的硬件基礎。
2、ITM的軟件環境與代碼實現方式
有了正確的硬件連接作爲調試基礎，下面還要做兩件事情：添加代碼利用ITM輸出我們想看的變量，同時配置主機上的IDE（KEIL，IAR，ST-LINK）來“接收”這個變量的數值。本文先不講printf怎樣通過“重定向”來實現，而是先實現一個最簡單的單個字符的輸出與接收，目的是驗證整個調試的硬件環境和軟件環境是否配置正確。
以 NUCLEO-F411RE 板子爲例，使用STM32CUBEMX生成一個最簡單的應用，能閃燈即可（小燈LD2的管腳是PA5），先讓板子能正常跑起來。然後在main()中只需增加一個HAL函數調用：
ITM_SendChar('A');
這句話的意思是，通過ITM機制向調試器送出一個字符‘A’。
3、ITM在KEIL MDK上的實現
下面來配置KEIL工程選項來正確接收這個字符‘A’。所有配置都在KEIL工程Options -- Debug 選項卡中操作：
圖三
點擊上圖中的 Settings ，在彈出的窗口中選擇 Trace 選項卡：
圖四
這裏的配置非常重要，首先要將 Trace Enable 打勾，否則上圖中大部分選項都是灰色的；然後要正確設置 Core Clock 的數值，這個就是你的目標板上MCU的實際運行頻率，單位是MHz。這個頻率數值必須輸入正確，否則後面就看不到ITM的輸出了。最後檢查一下 ITM Stimulus Ports 中的“端口”0是否是打勾的。默認情況下，貌似所有Port都是打勾的，這也沒問題的。至於 Privilege ，是否勾選不重要，不影響結果。這裏所謂的Ports，是說ITM中有32個“端口”來輸出變量數值，我們只使用了0#端口，所以把0#端口打上勾就行了。至於Privilege，相當於把8個端口編成一組，由Privilege來控制這一組端口是否使能，在MCU的代碼中需要檢查Privilege是否正確配置了（HAL函數中已經爲我們配置好了），KEIL中不要管他，打不打勾都可以。
然後就是編譯、下載、調試了。爲了看到ITM的輸出，還需要在KEIL中打開相應的觀察窗口：
圖五
啓動調試、並全速運行，在 Debug （printf）Viewer 窗口中將顯示我們之前寫的 ITM_SendChar('A'); 語句輸出的字符A。
圖六
也許有細心的寶寶問了：上面的代碼中沒有指定ITM的端口0呀，爲什麼是在端口0輸出的字符A呢？
ITM_SendChar（）函數在 core_cm4.h 中定義：
__STATIC_INLINE uint32_t ITM_SendChar (uint32_t ch)
{
if (((ITM->TCR & ITM_TCR_ITMENA_Msk) != 0UL) && /* ITM enabled */
((ITM->TER & 1UL) != 0UL) ) /* ITM Port #0 enabled */
{
while (ITM->PORT[0U].u32 == 0UL)
{
__NOP();
}
ITM->PORT[0U].u8 = (uint8_t)ch;
}
return (ch);
}
嗯，HAL中明確了只使用PORT[0]。
小結：
ITM相對於傳統的斷點調試有許多增強的性能，但需要調試器支持SWO。
爲了正確使用ITM功能，需要正確配置IDE軟件環境。
ITM的關鍵代碼是HAL函數 ITM_SendChar（）。