常见嵌入式微处理器调试技术综述

硬 件调 试 是 通 过 硬件 实 现 调试 功 能 的方 法 ， 常
用 的硬 件调试 方法 可分 为 两类 ： 在线仿 真器 方式 （ｎ Ｉ Ｃｒｕｔ ｍ ｌｏ， Ｅ） 片 上 调 试 方 式 （ ｎ—Ｃ ｉ ｉ ｉＥ ｕａ ｒＩ 和 ｃ ｔ Ｃ Ｏ ｈｐ
的集成度越来越高 ， 而深度流水 、 多核 、 多线程 等先 进设 计方 法 的应用 ， 在 显 著 提 升微 处理 器性 能 的 也
ｅ ｅ ｄ ｄ ｍｉｒ ｒ ｃ ｓ ｏ ｓｆｏ ｔ ｅ ｖｅ ｏ ｅ ｕ ｄ ｍｂ ｄ ｅ ｃ ｏ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ｒ ｍ ｈ ｉｗ ｆｄ ｂ ｇ ｍｏ ｅ，ｐ ｉ ｉ ｌ ｎ ｎ ｅｆ ｃ ｒｎｃｐ ｅ ａ ｄ ｉ ｔｒａ ｅ，ａ ｋ ｓｓ ｍｍａ ｉａ ｎｄ ｍａ ｅ ｕ ｒｚ —
处 理器进 行实 时跟 踪 （ ｒｃ ）可 以实 时观察 目标 系 Ｔａｅ ， 统 上 的存 储 与 ＩＯ等 等 。但 其 缺 点 也 比较 明显 ： ／ 研
ＴＰ Ａ 控制器 ： Ｒ ７使用 ＪＡ ＡＭ Ｔ Ｇ接 口作为与上位 机进行数据通信的接 口， 并遵从 ＩＥ １９ １ Ｅ Ｅ １４ ． 标准。 在该标准中， 寄存器分为数据寄存器和指令寄存器 两大类 。Ａ Ｍ７对 这 些 寄存 器 的控 制 主 要 是 通 过 Ｒ
用 １ ４针 ＪＡ Ｔ Ｇ接 口与 Ｃ ００连 接 。该 ＩＥ实 现 的 ６０ Ｃ 是 对 目标 处理 器 的完 全 物 理 替 代 ， 且 ＩＥ上 的处 而 Ｃ
理 器是一 种 绑 出 （ ｏ ｄ—Ｏ ｔ 处 理 器 ，源自文库Ｂｎ ｕ） 即将 处 理 器
的部分 内部 信号 连接 到外 部 管 脚 上 ， 而使 得 外部 从 逻 辑可 以监控 内部 处理 器 的运 行状 态 。
Ａ Ｍ Ｔ ＭＩ 以下 简 称 Ａ Ｍ ） Ａ Ｍ 公 司最 Ｒ ７Ｄ （ Ｒ ７是 Ｒ
早 为业 界普 遍认 可 的处理 器 核， 持 片上 调试 、 支 Ｔｕ ｈｍｂ指 令集 和片 上 断 点与 观察 点 ， 工业 领域 中 在
有着非 常广 泛 的应 用 。
如图 ２所示 ， Ｒ Ａ Ｍ７处 理 器 的片 上 调 试功 能 部
发成本高 、 价格昂贵 、 可扩展性差。Ｃ ００的应用 比 ６０
较 广泛 ， 研发 也很成 熟 ， 故适 用 于 ＩＥ调 试方 式 。但 Ｃ 随 着嵌入 式 处 理 器 集 成 度 的 提 高 和 ＳＣ技 术 的发 ｏ 展， 利用 ＩＥ进 行调 试 成本 越来 越高 ， 度也 越来越 Ｃ 难 大， 因此其 应用 受 到 了较 大 限制 。 软件 仿真器 一般 都是 在 指令 集体 系结 构级 对 系 统进 行仿 真 ， 就 是 所 说 的指 令集 仿 真器 。其 实现 也 方法 有两 大类 ： 一是 解释 型指 令集 仿 真器 ， 在运 行时 对每 条 目标指令 进 行 解 释 ； 是 编 译 型 指 令集 仿 真 二 器 ， 目标 机 的指令 直 接 翻 译 为 能 实 现 相应 功 能 的 将
而且必须接管 目 系统异 常处理 ， 标 因此软件调试～ 般 只用 于调试 运行 于 目标 系统 上 的应 用程 序 。
作 者简介 ： （ ９ ５ ， ， 刘鹏 １８ 一） 男 黑龙江人 ， 士研究生 ， 硕 主研方 向： 数字大规模集成电路设 计。
收稿 １期 ：００—１ ０ ３ ２１ ２— ７
（ ｅｉ ｃ ｅ ｃ ｏｉ ｅｈｏｏｙＩｓｔｔ，ｅｉｇ１０ ７ ， ｈｎ ） Ｂ ｉ ｇＭｉ ｏｌ ｔ ｎｃ Ｔｃｎｌ ｔｕ Ｂ ｉｎ ０ ０ ６ Ｃ ｉ ｊ ｎ ｒ ｅｒ ｓ ｇ ｎｉ ｅ ｊ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｅｍｂ ｄ ｅ ｃ ｏ ｒ ｃ ｓ ｏ ｓ ａ ｅ ｅ ｏ ｍｏ ｓ ａ ｄ ｃ ｍｐｉ ａｅ ｙ ｔ ｍｓ ｓｒ ｃ ： ｅ ｄ ｄ ｍｉｒ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ｒ ｎ ｒ ｕ ｎ ｏ ｌ ｔ ｄ ｓ ｓｅ ．Ｔｈ ｒ ｆｒ ｔｃ ｏｏ ｙ ｃ ｅ ｅｏ ｅ，ｅ ｈｎ ｌ ｇ
ｗ ｉｈ ｃ ｎ ｍａ ｅｆｒ ｅ ｒｖ ｍｅ ｔ ｎ ｔｅｑ ａｉ ｏ ｅ ｕ ｏ ｋｉ ｎ ｅ ｅ ｅｉｎ ａ ｄ ｉ ｌｍｅ ｔｔ ｎ ｈｃ ａ ｋ ｕ ｔ ｒｉ ｏ ｅ ｎ ｕ ￣ ｆ ｂ ｇｗ ｒ ｓ ｅ ｄ ｄｉ ｄ ｓｇ ｎ ｈ ｍｐ ｏ ｈ ｌ ｄ ｎ ｍｐｅ ｎａｉ ｏ
４期
刘
鹏等 ： 常见嵌 入式微处理器调试技术综述
・ｌ ７・
设备 。如 图 ｌ 示 ， 所 它一 般 由两部 分组 成 ， 中一部 其
分用 来连 接 调试 主 机 （ Ｃ机 ） 另 外 一 部 分 用 来 连 Ｐ ，
仿 真来完 成最 终 的设计 。
２． ＡＲＭ７ＴＤＭＩ ２
接 到 目标 系统 的插 槽或 仿真 探 头 。
Ｔ ３０ ６０ （ ＭＳ ２ Ｃ ０ ０ 以下 简称 Ｃ ０ ０ 是 Ｔ 公 司 的 ６０ ） Ｉ
Ｄ Ｐ产品 ， Ｄ Ｐ芯片定点 、 Ｓ 该 Ｓ 浮点兼容 ， 在图像处理
和流媒 体 领域得 到 了广 泛 的应 用 。Ｃ ００及 同系列 ６０ 的所有 Ｄ Ｐ均 支 持 在 线 仿 真 器 与软 件 仿 真 器 两 种 Ｓ 调试方 式 。 在线 仿真器 （ 下文 简称 ＩＥ 是一 种专用 的调试 Ｃ）
ｔ ｎ ａ ｏ ａ ｉｏ ｉ ｎｄ ｃ ｍｐ ｒｓ ｎ． ｏ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｏｎ —Ｃｈ ｐ Ｄｅ ｇ； ｃ ｏ ｒ ｃ ｓｏ ｓ； ｕ ａｙ Ｓ ａ ｉ ｂｕ Ｍｉｒ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ Ｂｏ ｎｄ ｒ ｃ ｎ
１ 引 言
随 着半 导 体 工 艺 的快 速 发 展 ， 入 式 微 处理 器 嵌
图 １ ＩＥ调 试 方 式 基 本 架 构 Ｃ
分主要 由 Ａ Ｍ 核 、 ｍ ｅｄｄＩＥ逻 辑 控 制 电路 以 Ｒ Ｅ ｂｄ ｅ Ｃ 及 包括 Ｔ Ｐ控 制器 和扫 描链 的 ＪＡ Ａ Ｔ Ｇ电路组成 。
Ｃ ０ ０在调 试 中所 用 的 Ｉ Ｅ型 号 为 Ｘ Ｓ ６ ， ６０ Ｃ Ｄ ５ ０ 利
宿 主机 上 的指令 。
描链） ②把选定 的数据寄存器连接到 Ｔ Ｉ Ｔ Ｏ ； Ｄ和 Ｄ 之 间 ； 由 Ｔ Ｋ驱 动 ， ③ Ｃ 通过 Ｔ Ｉ把需 要 的数 据 输入 Ｄ，
到选定 的数 据寄 存 器 当中 去 ， 时把 选定 的数 据寄 同 存 器 中的数 据通过 Ｔ Ｏ读 出来 。 Ｄ 扫 描链 ： Ｒ ７结 构 中共 有 四条 基 本 的 扫描 链 Ａ Ｍ （ ｃｎＣ ａ ／／ ／ ） 每 条 扫 描 链 都 由 若 干 个 Ｓａ ｈｉ ０ １２３ 。 ｎ
２ 几款常用微处理器 的调试结构
２． ＴＭＳ ２ １ ３ ０Ｃ６ ０ ００
程序 放置 在硬 件 系统 的存 储 上 ， 通 过 软 件 手段 进 并
行调 试代 理 。软 件 调 试 一 般 要 通 过 插 桩 （ ｔｂ 实 Ｓｕ ） 现 。其 优点是 基 本 不需 要 修 改 硬 件 ， 需 要 编 写监 只 控 程序 和使用 一定 的通信 接 口即可 。但 它 的缺点也 比较 明显 ： 只能在 目标 系统 初 始化 后 才能 发挥作 用 ，
行 指令 。后 文将 在涉 及这 两类 调试 方式 时加 以详 细
说 明。
的原因。因此调试技术不仅是必不可少 的， 其需求 更会 随着 软硬 件设 计难 度 的提 高 而越 来越 突 出 。 嵌 人式微 处理 器 的调 试方 法基 本 可分 为 软件调
试 和硬 件调试 两 种 。软件 调试 的原理 是将 一 段监控
关 键词 ： 片上调 试 ； 处理 器 ； 界 扫描 微 边
Ｄ Ｉ 码 ：０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ０ ２— ２ ９ ２ １ ．４ ０ ５ Ｏ 编 １ ． ９ ９ ｉｉ ｎ １ ０ ２ ７ ． ０ ０ ．０ ｓ １
中图分 类号 ：Ｐ ３ ． Ｔ ３２ １
文 献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ：０ ２— ２ ９ ２ １ ）４—０ １ ０ １０ ２ ７ （０ １０ ０６— ５
摘
要 ： 入 式微 处理器 通常是 非 常复 杂的 系统 ， 嵌 因此在 设计 与 实现 中就 需要 能够提 高调 试质
量 的调 试 技术 与方 法来 定位 问题 的根源 ， 以减 少 软硬 件调 试 时 间和 成本 。 从调 试 方 式 、 试 原理 、 调 接 口类型 等方 面分 析 了几 款 常见 的嵌入 式微 处理 器 的硬 件调 试方 法 ， 并进 行 了总结 与 比较。
利用 ＩＥ 对 Ｃ ０ ０进 行 调 试 的 基 本 流 程 是 ： Ｃ ６０
ＩＥ实 时监测 仿 真 接 口信 号 ， 根 据 检 测 到 的 信号 Ｃ 并 （ 如指令 地 址 ） 断 是 否有 断 点 触 发 。 一 旦 断 点 触 判 发 ，Ｃ ＩＥ将暂 停待 调试程 序 的运行 ， 过 切换 程 序运 通 行 的地址 空 间开始 执 行 监 控 程 序 ， 将 当前 微 处理 并
同时极 大增加 了设 计难 度 和复 杂度 。如果在 设计 使 用 中 出现硬件 或 者 软 件 的错 误 ， 需 要 通 过 各种 手 就
段对 微 处理 器 进 行 调 试 （ ｅ ｕ ） 以发 现 导 致 错 误 Ｄ ｂｇ ，
Ｄ ｂ ｇＯ Ｄ 。在线仿真器采用仿真头取代 目标板 ｅｕ ， Ｃ ） 上的处理器 ， 以完全仿 真微处理器芯 片的运行。 可 片上调 试是 在处 理 器 内部 嵌 入 额 外 的控 制 模块 ， 以 交叉调试的方式令调试主机可 以通过特定的通信接 口访 问处理 器 的 内部 资源 （ 寄存 器 、 储 器等 ） 执 存 并
Ｓｕ ｍｍ ａ ｙ ｏ ｂ ｇ Ｔｅ ｈ ｉ ｕ ｆＣｏ ｒ ｎ Ｄｅ ｕ ｃ ｎｑ ｅ ｏ ｍｍｏ ｍ ｂ ｄ ｅ ｏ ｅ ｓ ｒ ｎＥ ｅ ｄ ｄ Ｐｒ ｃ ｓ ｏ ｓ
ＬＵ Ｐ ｎ ， ｕ Ｌ —ｘ ， Ｉ ｕ， Ｈ Ｕ Ｈ ｉ ａ ｇ Ｉ ｅｇ Ｙ ｉ ｉ Ｑ Ｎ Ｈ ｉＺ Ｏ ａ —ｙｎ ｎ
图 ２ ＡＲＭ７ ＤＭ］ 试 架 构 Ｔ 调
下面分 别介 绍一 下各 个逻 辑功 能部分 的原理与 实现 的功 能 ：
器 的状态信息 （ 如寄存器 的值） 通过通信接 口发送 给调试主机。监控程序执行完毕后将继续执行待调 试程序。用户可以在此之前修改微处理器内部寄存 器的值以控制微处理器 的运行状态。 ＩＥ作 为一 种 基 于硬 件 支 持 的调 试 方 法 ， 许 Ｃ 有 多 应用 上 的优点 ， 如 不消 耗 目标 系统 资源 ， 以对 例 可
Ｔ Ｐ Ｔｓ Ａ ｃｓ Ｐｒ） Ａ （ ｅｔ ｃｅｓ ｏｔ 控制 器 来 实 现 。Ｔ Ｐ的状 态 Ａ
机共有 ｌ 状 态 。通 过 不 同状 态 间 的转 换 即可完 ６个
成 ＪＡ Ｔ Ｇ扫描的基本 流程 ： ①通过输人指令 到指令 寄存器 ， 定 一 个 需 要 访 问 的数 据 寄存 器 （ 括 扫 选 包
ｔ ｒｄ ｃ ｈ ｉ ｎ ｏ ｔ ｓ ｅ ｔ Ｏ ｅ ｕ ｏ ｋ Ｔ ｉ ｈ ｓｓ ｉ ｆｃ ｓ ｄ ｏ ｎ ｌｓｓ ｏ ｅ ｅ ａ ｏ ｏ ｅ ｕ ｅ ｔｅｔ ｍｅ ａ ｄ ｃ ｓ ｐ ｎ ｎ ｄ ｂ ｇ ｗ ｒ ． ｈ ｓ ｔ ｅ ｉ ｓ ｏ ｕ ｅ ｎ ａ ａｙ ｉ ｆ ｓ ｖ ｒ ｃ ｍｍｏ ｌ ｎ
ＮＯ ４ ．
微
处
理
机
第 ４期
２ １ 年 ８月 ０１
Ａ ｇ ２ １ ｕ ．， ０１
ＭＩ ＣＲ０ＰＲ０Ｃ Ｓ ＥＳ ０ＲＳ
常 见嵌 人 式 微 处 理 器 调试 技 术 综 述
刘 鹏 ， 立新 ， 于 覃 辉 ， 海 洋 周
（ 北京 微 电子技 术研 究所 ， 北京 １０ ７ ） ０ ０ ６