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1、ARM 调试方案,议程,基本的调试需求你需要什么样的功能？ARM公司的调试和开发工具。嵌入式核的调试实现和利用JTAG的调试方案停止模式和监控模式嵌入式跟踪使用ETMARM 开发板,基本的调试需求,运行控制设置数据访问断点设置指令断点代码的单步执行状态控制处理器状态读写寄存器值系统状态系统内存访问下载代码执行历史执行跟踪信息内存访问历史,ARM 调试系统组件,执行AXD调试器的主机(ADS的一部分)和 Multi-ICE server,协议转换器(Multi-ICE),跟踪接口单元(MultiTrace),开发板(Integrator Core Module),Trace Port,JTAG
2、Port,并口,串口l/以太网,议程,基本的调试需求你需要什么样的功能？ARM公司的调试和开发组成工具。嵌入式核调试实现和利用JTAG的调试方案停止模式和监控模式嵌入式跟踪整体化和利用ETMARM 开发板,嵌入式核调试,5 线JTAG,被调试的系统可以是最终的系统！也可以用第三方的协议转换工具：DevSupp/ICE_Analyz/,Data,Address,Control,BREAKPT,CPU,ARM,调试器和Multi-ICE server(可以运行在不同的机器上),TAP,EmbeddedICELogic-RT,嵌入式ICE逻辑,两个观察点单元可以通过监控地址总线，数据总线和控制信号来
3、探测观察点（watchpoint）和断点。每个单元可以用来提供1 观察点,或1个 ROM或RAM里的硬件断点，或RAM里的多个软件断点调试控制和状态寄存器调试通讯通道注意：ARM10ARM10家族的调试结构是不同的，虽然原理是一样的。一共包括8个观察点单元6 个在指令地址总线上2个在数据地址总线上 这个将在另外一个课题中讲解,观察点,Control,AddrValue,DataValue,ControlValue,AddrMask,DataMask,ControlMask,A31:0,Comparator,Watchpoint,D31:0,0 xF000,0 x0,0 xffffffff,Da
4、ta write,0 xF000,Memory,Location to be watched,一个观察点就是一个断点，这个断点在当以某种方式访问特定内存区域时被触发这个例子里，当向地址0 xF000 写时，将触发这个观察点每一个观察点单元可以设置成一个观察点，而且只能设置一个,硬件断点,0 x8000,ARM-0 x3Thumb-0 x1,0 xffffffff,Opcode fetch,0 x8000,Memory,Breakpoint to be set here,Control,AddrValue,DataValue,ControlValue,AddrMask,DataMask,Cont
5、rolMask,A31:0,Comparator,Breakpoint,D31:0,当内核试图执行内存里一个特定地址的指令时，将会触发一个硬件断点这个例子里，当要执行从地址0 x8000索取的指令时，将会触发一个硬件断点硬件断点可以在RAM或ROM里设置每个观察点单元可以被用来设置一个硬件断点，而且只能一个,软件断点,Memory,0 xffffffff,0 xeeeeeeee,0 x0,Opcode fetch,Control,AddrValue,DataValue,ControlValue,AddrMask,DataMask,ControlMask,A31:0,Comparator,Bre
6、akpoint,D31:0,一个软件断点是当一个特定的指令从任何地址被预取时触发的一个断点这个例子表明了观察点单元的配置 这对所有的软件断点都是一样的为了设置一个断点，可以使用Multi-ICE在特定的地方写一个特别的指令这些只能在RAM里在操作每一个观察点单元可以用来设置无数的软件断点.,(The“special”value),命中一个断点,停止模式调试由标准的 EmbeddedICE&EmbeddedICE-RT支持内核进入调试状态和停止状态内核与系统的其余部分分离发出DBGACK信号(调试器通过JTAG而检测到)没有中断处理，除非调试器重新启动执行代码处理器和系统的状态可以通过扫描内核的
7、指令来察看和修改，紧接着执行它们监控模式调试只由增强功能的 EmbeddedICE-RT支持在ARM9E,ARM10 和稍后的ARM7TDMI版本上有内核通过一个异常中断而进入常驻软件监控程序可以连续处理中断处理器和系统的状态可以通过监控程序的调试命令来察看和修改,读系统状态(在停止模式),从地址0 x8000 向后读 10 个字,MOV r0,#0 x8000LDMIA r0!,r1-r10-system speedSTMIA r0,r1-r10-debug speed,TDI,TCK,Databus,ARMxD,TCK,registers,Debugspeed,Databus,ARMxD,
8、TDO,r1-r10,1,3,MCLK,registers,Systemspeed,Databus,ARMxD,2,Debugger,RMHost(RealMonitor.dll),主机,RMTarget,ApplicationCode+Data,目标板,经过DCC传送的实时监控协议,监控模式调试,主机-在AXD 和 Multi-ICE之间的控制器实时监控协议 非常简单的协议快速 没有出错检查允许后台命令实际目标板小的调试监控程序(2k 代码字节)集成在目标里以目标代码和原代码的形式提供,调试通讯通道,在ARM和主机调试器之间通过JTAG的通讯信息是由简单串行通讯口来实现的不进入调试模式和停止
9、程序执行ARM上运行的应用代码经过协处理器14来访问三个寄存器通讯数据读寄存器（Comms Data Read Register）主机到ARM的通讯通讯数据写寄存器（Comms Data Write Register）ARM到主机的通讯通讯数据控制寄存器（Comms Data Control Register）提供在ARM和主机之间同步的握手信号位 1 写位-当ARM写入新数据时清掉位 0 读位 当ARM有新数据读时设置,DCC 查询模式通讯,Write Register,R,W,Control Register,Scan chain 2,;拷贝 DCC 控制寄存器到 r2MRC p14,0,
10、r2,c0,c0,0;检查DCC 控制寄存器的位1TST r2,#0 x2;如果位1清掉了，拷贝数据从r1到 DCC 写寄存器 MCREQ p14,0,r1,c1,c0,0,;拷贝 DCC 控制寄存器到 r2MRC p14,0,r2,c0,c0,0;检查DCC 控制寄存器的位0TST r2,#0 x1;如果位0设置，拷贝数据从DCC 写寄存器 到r3 MRCNE p14,0,r3,c1,c0,0,调试器查询控制寄存器利用扫描链2来察看什么时候写位被设置，读位被清掉接着数据可以被扫描进入或者输出,r1,r3,Read Register,ARM,DCC 利用中断进行通讯,R,COMMRX,Inte
11、rruptController,COMMTX,nIRQ,W,Other interrupt sources,通过Multi ICE连接的调试器,向量捕获,允许没有处理软件的异常机制的捕获在ARM7TDMI 上执行利用断点当从ROM 地址 0 x0 调试时关闭在ARM9TDMI/ARM10和后来的版本上执行利用专门的硬件只对硬件异常敏感到向量表里的跳转将不被捕获留下观察点单元作为一般使用一旦有你自己的处理，则关掉向量捕获AXD:spp vector_catch 0,%RUsPDaif,FIQ,IRQ,(Reserved),Data Abort,Prefetch Abort,Software In
12、terrupt,Undefined Instruction,Reset,0 x1C,0 x18,0 x14,0 x10,0 x0C,0 x08,0 x04,0 x00,ARM 目标上运行的库代码,但是任何需要的底层的I/O是由主机提供的 SWI 机制提供的主机访问.SWI 接口是ARMulator,Angel 和 Multi-ICE通用的组成部分Semihosted 程序将运行在所有的ARM目标板上，而不需要 移植需要连接的调试工具提供这些功能,Semihosting,:printf(“hellon”);:,应用代码,:SWI:,库代码,SWI 服务程序,与主机上运行的调试器通讯,hello,
13、通过JTAG 的Semihosting,spp semihosting_vector 0 x8spp semihosting_enabled 1,关掉:spp semihosting_enabled 0,Breakpoint,0 x108,0 x104,0 x100,.,SWI,.,pc=0 x8lr=0 x108,MOVS pc,lr,Multi-ICE仿真的SWI服务程序,0 x00,0 x1C,0 x18,0 x14,0 x10,0 x0C,0 x08,0 x04,Semihosting 加上用户SWIs,spp semihosting_enabled 1spp semihosting_
14、vector 0 x450,Breakpoint,0 x108,0 x104,0 x100,.,SWI,.,lr=0 x108,MOVS pc,lr,SWI Handler,SemiSWI,STMFD sp!,regsLoad SWI numberB if semiSWIDeal with SWI:,LDMFD sp!,regsMOVS pc,lr,0 x450,0 x00,0 x1C,0 x18,0 x14,0 x10,0 x0C,0 x08,0 x04,spp semihosting_dcchandler_address 0 x70000spp semihosting_vector 0 x
15、8spp semihosting_enabled 2,0 x00,0 x1C,0 x18,0 x14,0 x10,0 x0C,0 x08,0 x04,0 x108,0 x104,0 x100,.,SWI,.,pc=0 x8lr=0 x108,MOVS pc,lr,DCC Semihosting,0 x70000,DCC,DCCSemihosting HandlerCode,直接对EmbeddedICE访问,AXD 允许直接对EmbeddedICE 逻辑寄存器访问可以直接通过 GUI或如下的命令行察看REGisters”EICE Watch 0”在地址0 x4000写时设置一个观察点：sreg
16、EICE Watch 0|Address Value 0 x00004000sreg EICE Watch 0|Address Mask 0 sreg EICE Watch 0|Data Value 0sreg EICE Watch 0|Data Mask 0 xFFFFFFFF sreg EICE Watch 0|Control Value 0 x10Dsreg EICE Watch 0|Control Mask 0 x0F8注释:ARM调试器优先与 ADS1.1 通过协处理器0访问EmbeddedICE 逻辑寄存器.,利用Multi-ICE调试设计,确信 DBGEN 是接高电平！Thumb
17、 代码上的软件断点需要半字访问RAM必须总是字/半字/字节访问内存Multi-ICE可以在1.0V 到 5.0V时调试系统自适应到目标逻辑电压目标板可以在2.0V时工作在3.3V时，启动电流是400mA，一般操作时是 120mAMulti-ICE 2.1 出售时跟随一个适当的电源Multi-ICE用20-针 连接器多个接地点灵活的时钟配置可以与不同的时钟速度设备同步 长 JTAG 电缆也可以仅仅利用5 个信号来调试请小心停止系统时钟复位考虑.,TCK,TDI,TMS,TDO,协议转换接口,TCK,.,nTRST,nRESET,ARM,Reset Circuit,复位,nTRST 和 nSRST
18、 必须通过一个上拉电阻来连接Multi-ICE 在 nTRST 有开放的连接,测验,1)EmbeddedICE 逻辑一共包括多少个观察点单元？2)ROM上可以设置多少个断点?3)利用DCC semihosting比一般的 semihosting有什么优势?4)为了激活ARM的调试功能，DBGEN 的信号应该怎么连接？5)为什么Multi-ICE需要半字访问内存?6)EmbeddedICE-RT 提供了哪些额外的调试功能?,议程,基本调试需求你需要什么样的功能？ARM公司的调试和开发集成工具。嵌入式核调试实现和利用JTAG的调试方案停止模式和监控模式嵌入式跟踪整体化和利用ETMARM 开发板,E
19、TM的机制(嵌入式跟踪宏单元),为什么需要实时跟踪功能？实时系统不允许停止！传统的调试(断点和单步执行)不能满足必须利用捕获的实际代码运行来调试为什么不用其它的调试工具而用ETM?EmbeddedICE-RT为调试通讯通道提供了低的带宽只适用于程序状态信息外部的指令需要写到通讯通道里独立的处理器比嵌入式处理器容易调试一个独立的处理器，或者:用外部的ICE单元代替处理器，或者用逻辑分析仪探测处理器的信号当用嵌入式ARM内核时两个都不可能时怎么办啊？,16 bit wideRAM,8 bit wideROM,20 bit Address,16 bit Data,带嵌入式处理器的典型ASIC,Ser
20、ialPorts,ARM,Data,Address,DisplayControl,Timer,32 bit wideInternalMemory,ExternalBusInterface,问题,没有外部可见的片上ASIC 总线带缓存的处理器(例如,ARM920T)带有与设备内部相连的核/缓存总线ICE 版本必须在全速系统速度下运行随着处理器速度的增加，ICE越来越难同时必须提供ICE 工具(例如，触发器)实时跟踪需要确定的高带宽的接口 需要地址总线，数据总线和控制信号对于 ARM7TDMI，有80多个 引脚很多 ASICs 使用相同的处理器核ICE必须为每一个 ASIC定做,ARM 实时跟踪,
21、嵌入式跟踪单元(ETM)实时指令跟踪实时数据访问跟踪包含 ICE功能(触发和过滤逻辑)MultiTrace 跟踪端口分析器(TPA)深度缓冲器捕获跟踪跟踪调试工具通过JTAG/Multi-ICE 配置ETM跟踪从ETM/MultiTrace里接收压缩的跟踪数据利用拷贝原代码映象来对ETM跟踪,5,ARMcore,ETM,RAM,ROM,TAPcontroller,Trace,Trigger/Filter,9,13,21 线 跟踪接口,5 线 JTAG 接口,串口/以太网口,并口,运行跟踪调试工具的主机(ADS的附件),ETM 结构,TRACECLK,3(ETM v1)4(ETM v2),PIP
22、ESTAT 2:0(ETM v1)PIPESTAT 3:0(ETM v2),ARM Core,到和来自ARM的数据,可综合的 ETM 块,ETM 监控器和简要的ARM 总线信号,JTAG 接口,Trigger&Filter Logic,PipelineStatusGeneration,TracePacketCapture,n,TRACEPKTn-1:0,TRACESYNC(ETMv1 only),FIFO,TAP Controller,5,到ARM的控制,来自ARM的控制,来自ARM的地址,确定的ETM-ARM 接口(只在ETM v2),跟踪端口说明,TRACECLK:与处理器时钟有相同的频率
23、PIPESTAT(流水线状态)表明:程序流是否有一个相关联的TRACEPKTETM 状态TRACEPKT(跟踪包)可能包含以下一个或多个特征：数据地址数据值指令地址TRACESYNC(只在ETM v1有):用来在ETM和TPA之间进行同步*可以参考ETM规范得到更多的信息,n=4,8 or 16,跟踪端口(9,13 or 21 引脚),TRACECLK,PIPESTAT 2:0(ETM v1)PIPESTAT 3:0(ETM v2),TRACEPKTn-1:0,TRACESYNC(ETMv1 only),指令跟踪,与指令跟踪有关的跟踪端口部分:PIPESTAT 表明内核的流水线状态(例如，一个
24、指令是否被执行)TRACEPKT 当需要时，包含一个跳转目标地址以上两条和代码映象相结合，就可以进行调试了指令跟踪能够被高度压缩 典型地，一个 9-位的跟踪端口可以处理只有指令的跟踪ETM v1 最好的情形:3位的跟踪信息来跟踪32位的代码ETM v2 最好的情形:4位的跟踪信息来跟踪64位的代码可以用过滤和触发器：只对内存地址和/或区域进行跟踪只有在特定的ETM顺序状态，计数器等才进行跟踪技术注解：TraceEnable(一个 ETM 内部信号)可以激发指令跟踪。它是由触发器/过滤器事件和资源控制的。,数据跟踪,与数据跟踪有关的跟踪端口部分:TRACEPKT 包含数据地址或数据值只有数据地址
25、改变的位被广播(目的是节省带宽)每一次跟踪运行都可以配置 ETM：数据地址或数据值（或两个都有）读或写（或两个都有）需要一个高的带宽跟踪所有数据(有程序相关)一个带有45个字节FIFO的13-位跟踪端口可以跟踪大部分数据传输如果想跟踪更多数据访问则需要一个21-位的跟踪端口过滤器和触发器对保持跟踪数据的管理很重要如果在跟踪信息里有一个 FIFO 溢出标记，那么就表示有部分的跟踪信息被丢掉推荐使用可编程的过滤器和触发逻辑技术注解：ViewData(一个ETM的内部信号)激发了数据跟踪(如果TraceEnable是假时被忽略掉).它是由触发器/过滤事件和资源控制的。,跟踪例子,0 x1010 MO
26、V r0,#30 x1014 SUBS r0,r0,#10 x1018 BNE 0 x10140 x101C LDR r1,#0 x4000.0 x4000 0 x4321 data,IEIEIE,r0=2,IEIE,IEINID.,r0=1,r0=0,0 x101C LDR r1,#0 x4000,r1,ID,0 x1018 BNE 0 x1014,0 x1010 SUBS r0,r0,#1,0 x1018 BNE 0 x1014,0 x1014 SUBS r0,r0,#1,0 x1018 BNE 0 x1014,0 x1014 SUBS r0,r0,#1,0 x1010 MOV r0,#3
27、,Corresponding Instruction,none,none,none,none,none,none,none,TRACEPKT,branch not taken,IN,Comment,PIPESTAT,r0=0,IE,direct branch taken,IE,r0=1,IE,direct branch taken,IE,r0=2,IE,r0=3,IE,假设数据跟踪是激活的(ViewData 被声明了),基本指令和直接跳转的ETM跟踪,由PIPESTAT=IE 或 IN来解码直接跳转,指令跟踪局限,调试器需要一个代码的拷贝来做参考自动修改代码部分将不能和ETM一起工作调试器必须
28、知道代码映象的地址映射代码必须在连接时的地址执行带有固定代码地址的虚拟内存配置是可以的现在不支持动态重定位代码请注意“覆盖”(例如：把代码调入片上RAM)如果有很多代码段运行在相同的地址，跟踪不能区分哪一部分在运行。这个例子里，跟踪解压是不可能的。解决办法是给内存区域命名(见下一页),重叠和命名,硬件的命名将每一个段都映射到相同的实际存储器上用不同的“别名”连接每一个重叠的段执行PC值标识了哪一个段在执行,A,A,A,A,A,A,A,B,C,B,B,B,B,A,B,C,C,C,C,C,A,B,C,外部ROM,片上RAM(命名的),注意:必须用命名的方法设计存储器系统,A,A,A,16K 片上R
29、AM,0,16K,32K,48K,64K,16K RAM,A13:0,A14,A15,ARM,Decoder,A31:16,SEL,IGNORED,控制跟踪,ETM里的资源是可以被过滤和控制的：要跟踪的指令要跟踪的数据访问外部跟踪端口分析器的触发ETM的资源由以下部分组成：8 个数据比较器8 对全范围地址比较器16个地址解码器4 个16-位计数器1 个3-状态序列器对于ASIC:最多 4用户输入，4个用户输出一个事件可以由任何两个资源逻辑组成：例如“within address range 1 AND data value equals 0 xFFFFFFFF”不同的ETM 实现有不同数量的触
30、发资源可以看技术文档得到更详细的资料,哪一个ETM?,根据你的ARM内核来选择 ETM7,ETM9,或者 ETM10选择小的，中等的或大的模式选择跟踪端口的宽度(4/8/16)如果高的吞吐率（数据跟踪）很重要的时候，可以选择更宽的端口可以考虑与其它引脚的多路复用技术（例如GPIO)调试时可以使用大的宽的，产品时可以使用简单的，窄的ETM使用ATPG 和插入扫描来对产品进行测试ETM 提供了验证环境套件下一页将总结配置和数据的大小,ETM 配置,4/8/16,4/8/16,4/8,Port width,45,18 or 20,9 or 10,FIFO Depth,60k,35k,25k,Gate
31、 count,大的,中等的,小的,ETM v1(ETM7,9),60,30,15,FIFO Depth,4/8/16,4/8/16,4/8/16,Port width,75k,50k,35k,Gate count,大的,中等的,小的,ETM v2(ETM10),16,8,4,8,4,1,16,8,2,Addr Comparators,大的,中等的,小的,功能,Range Comparators,Addr Decoders,Counters,Ext.Outputs,1,2,4,0,1,4,8,2,0,Data Comparators,Sequencers,0,1,1,Ext.Inputs,2,4
32、,4,实现跟踪(1),所有需要的信号连接到ARM 核没有缓存的内核与地址/数据总线和控制信号相连有缓存的内核输出内核信号到宏单元边缘(例如：ARM920T 版本1)ASIC上提供跟踪端口经过基座上输出的最高频率是多少？ASIC上要支持多个ARM内核吗？考虑跟踪端口与别的引脚多路复用吗？最终产品中去除以减少引脚数量吗？ARM 跟踪捕获和JTAG的标准连接器38-路的 AMP MICTOR 连接器(高密度),ARM7TDMIARM7TDMI-SARM720T rev3ARM7EJ,ARM9TDMIARM9E-S/9EJ-SARM920T rev1/922TARM966E-SARM946E-SARM
33、926EJ-S,ETM7,ETM9,ARM1020E,ETM10,实现跟踪(2),对 ARM7 和 ARM9 内核:CPU 时钟应该自由运行(利用 nWAIT,而不是时钟延长),但不是至关重要的FIFO FULL 信号可以被用来停止处理器但是如果FIFO 满了时，将影响实时性能ETM设计的目标不是低功耗在正常运行操作（没有跟踪）模式下，ETM不应该被时钟驱动,ETM,CLK,PWRDOWN(通过JTAG控制),ARM,CLK,JTAG,更多更详细的信息请看：ETM 规范ETM7/9/10 技术参考手册(TRMs),ETMEN,跟踪捕获,需要一个外部的跟踪端口分析仪(TPA)来捕获 ETM 的输
34、出TPAs 可以在触发事件之前，发生时或之后来跟踪TPAs 带有很深的跟踪捕获缓冲器TPA 的缓冲器通过很高速度的上行连接（通常是以太网）来把数据返回给主机 PC当前可选择的TPA:Multi-Trace*Agilent 逻辑分析仪(需要 Multi-ICE 或者 Agilent JTAG 探测器)Agilent ARM(E5904B)的跟踪端口分析仪 http:/逻辑分析仪*http:/需要 Multi-ICE 2.0 或 更新的Lauterbach 也提供跟踪工具、仿真器、调试器http:/,ARM MultiTrace,与 Multi-ICE(2.0+)连接一起工作通过以太网跟踪，通过J
35、TAG口控制运行支持 9,13 和 21 引脚的跟踪端口，频率可高达 200 MHz1.0V-3.3V目标电压支持将跟踪时钟速率降低一半，在上升和下降沿捕获数据也可以从第三方那获得跟踪分析仪方案访问：,MultiICE,PC,TargetBoard,JTAG,MultiTrace,LAN,跟踪调试工具概况,ADS 1.1/1.2-TDT 1.1.1 作为附加工具加到 AXD里有额外的用户接口功能来支持跟踪通过JTAG配置 ETM收集跟踪信息解码跟踪信息,跟踪配置,ETM 寄存器设置的 GUI 接口对所有可能的跟踪和触发ETM配置进行全权访问适合于已实现的资源对话窗口存储/恢复 触发器的例子,跟
36、踪输出,映射回执行窗口产生交叉源码察看,问题,1)跟踪需要多少个引脚？2)跟踪输出应该使用什么样的物理连接器?3)跟踪端口(TRACECLK)的速度是多少？4)大量的数据跟踪需要什么大小的跟踪端口？5)怎么更好地减少跟踪引脚的多少？6)什么类型的程序不能被跟踪？7)如果需要覆盖跟踪，应该需要什么样的硬件功能？,议程,基本调试需求你需要什么样的功能？ARM公司的调试和开发组成工具。嵌入式核调试实现和利用JTAG的调试方案停止模式和监控模式嵌入式跟踪整体化和利用ETMARM 开发板,Evaluator-7T,ARM技术的简单介绍，价格低包括:Samsung KS32C50100控制器512k 闪存
37、,512k SRAM2 串口,7个 LED 显示复位和中断开关Multi-ICE 连接器板上Angel 调试监控工具ADS评估版电压和电缆线,可以从网上购买,Integrator 平台,核模块 ARM 内核 至少 256kb SSRAM 多达 256Mb SDRAM 可以叠 4 层,逻辑模块多达 2M门的FPGA1Mb SRAM分析仪/跟踪 连接器时钟发生器,ASIC 平台可达5 个核/逻辑 模块系统总线时钟32Mb 闪存FPGA系统控制器AMBA 和PCI 扩展,还有接口模块，分析器模块和 移植模块请访问：,参考资料,Multi-ICEMulti-ICE 用户手册,附录,readme.txt 和 troubleshoot.txtADS 1.2:AXD 和 armsd 调试器手册ADS 1.2:调试目标手册(第5章:Semihosting SWIs)应用注释 31:使用 EmbeddedICEMultiTraceETM7,ETM9,ETM10 技术参考手册嵌入式跟踪宏单元规范MultiTrace 用户手册跟踪调试工具用户手册通用你使用的 ARM 内核的调试信息开发板,
