在嵌入式开发调试中,开发人员的调试手段包括断点、触发和跟踪三种。随着集成电路技术的发展,新一代的嵌入式处理器集成度和工作频率越来越高,芯片封装形式也越来越趋向表贴化。在线调试器(ICD)与逻辑分析仪的组合开发调试平台越来越多地成为广大的新一代嵌入式处理器的开发人员实现上述三种调试手段的首选。
开发人员使用断点功能控制所调试的应用程序的起和停。使应用程序运行到自己想要调试的程序上。通过观察在断点处的应用程序的变量以及寄存器和存储器的值检测所调试的应用程序运行是否正确。断点是开发人员经常使用的调试手段。
断点,顾名思义就是(应用程序)停下来的地方。断点按照其实现方法分为软件断点和硬件断点。软件断点是靠程序指令陷阱来实现的。硬件断点是靠嵌入式处理器或调试工具硬件来实现的。软件断点的实现方法对于不同的嵌入式处理器和不同的调试工具而言,实现方法都是一样的,都是通过修改程序指令的方法实现的。硬件断点的实现方法对于不同的嵌入式处理器和不同的调试工具而言,实现方法是不一样的。有的嵌入式处理器具有片上调试逻辑,调试工具通过JTAG、BDM、OCDS、NEXUS等接口访问控制片上调试逻辑,通过片上调试逻辑实现硬件断点。这种硬件断点的数量是有限制的。由于不同的嵌入式处理器上的调试逻辑实现方法不同,因而它们提供的硬件断点的数量是不一样的。在线调试器(ICD)就是通过访问控制片上调试逻辑实现硬件断点的。没有片上调试逻辑的嵌入式处理器不能使用在线调试器。在线仿真器(ICE)通过基于存储器的断点技术实现硬件断点。在线仿真器实现的硬件断点的数量是没有限制的。对于没有片上调试逻辑的嵌入式处理器,可以考虑用在线仿真器(ICE)进行调试。
单步是断点的一种特殊形式,它相当于在下一条指令或程序行上设置一个断点,程序启动运行到断点停下来。
触发用于捕捉所调试的应用程序在运行中出现的某一特定目标状态。这一特定的目标状态就是通常所说的触发条件。触发条件通常是处理器的特定的地址、数据、控制总线以及内部/外部信号状态的逻辑组合。当一个触发条件不足以描述要捕捉的目标状态时,开发人员通常会使用触发序列器(Sequencer)将多个触发条件级联起来。调试工具在触发发生之后,要么停止所调试的应用程序的运行,要么增加触发记数器,要么输出一个触发信号,以便通知开发人员,所要捕捉的触发条件已发生。为了便于开发人员观察触发发生之后应用程序的执行情况,调试工具通常会提供触发滞后的功能。触发滞后就是调试工具在发生触发之后仍然使应用程序结续运行一段特定的时间之后才将应用程序停下来。
不同的调试工具对触发功能的实现程度是不一样的。在线仿真器(ICE)绝大多数都可以实现完型的触发功能。在线调试器(ICD)对触发功能的实现程度取决于所调试的嵌入式处理器上的片上调试逻辑。在线调试器(ICD)与逻辑分析仪组合,可以宴现较完整的触发功能。
开发人员通常将触发功能与下面要讲到的跟踪功能一起使用,来捕捉导致应用程序中问题产生自原因。
跟踪就是记录所调试的应用程序的执行过程，以便开发人员分析导致应用程序出现问题的原因。跟踪的记录方式有先进先出方式和压栈方式。先进先出方式总是记录应用程序停下来之前的最新运行过程。在先进先出方式下,如果跟踪记录缓冲填满的话,最先跟踪的记录就要丢弃,以便填充新的记录。压找方式记录跟踪开始到跟踪记录缓冲被填满这段时间内应用程序的运行过程。在压栈方式下,如果跟踪记录缓冲填满的话,新的应用程序执行过程将不被记录。跟踪还可以有选择地记录程序的执行过程,例如,只记录函数入口和出口的执行过程。当然,要进行有选择跟踪,开发人员必须对跟踪功能进行设置。
不同的调试工具对跟踪功能的实现方式是不一样的。在线仿真器(ICE)由于其结构的特殊性,它可以捕获到嵌入式处理器的总线周期,它的跟踪记录的最小单位就是总线周期。在线仿真器(ICE)调试软件译码这些总线周期,倒推出程序的执行过程。在线调试器(ICD)因为不能捕获嵌入式处理器的总线周期,因而决大多数没有跟踪功能。有些嵌入式处理器的片上调试逻辑能够将程序的执行过程信息压缩之后通过特定的接口送到芯片外部,供外部的调试工具使用。这样,在线调试器(ICD)可以通过增加跟踪模块捕获这些信息的方法实现跟踪功能。在线调试器(ICD)调试软件从跟踪模块记录的嵌入式处理器送出来的指令流信息,还原出应用程序的执行过程。基于ARM内核的嵌入式处理器芯片上的ETM接口就是一个这样的接口。通过这种方法实现的跟踪功能的完善程度完全取决于片上调试逻辑。
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