SoC中嵌入式微处理器调试技术的分析与实现

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1、硕士学位论文第一章综述1．1SoO与嵌入式系统第一章综述SoC是SystemOnaChip，即片上系统的简称。随着集成电路设计技术的进步和半导体制造工艺的发展，越来越多的电路可以集成在一块芯片内，这大幅降低了系统的成本并提高了系统的可靠性。通过使用IP(IntellectualProperty)，在单个芯片上可能集成了微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、存储器、射频自口端、数模和模数转换器等硬件以及完成特定功能所必需的嵌入式软件，这就是片上系统。SoC的主要特点就是包含微处理器以及完成特定功能所必需的嵌入式软件‘”。嵌入式系统(Emb

2、eddedSystem)实际上是“嵌入式计算机系统”的简称，这种计算机系统是作为某个专用系统中的一个部分而存在的，其本身的存在并非目的而只是手段【2】。嵌入式系统还有一个更为广泛的定义，即用于实现独立功能的专用计算机系统都可以算作是嵌入式系统。嵌入式系统没有标准化的体系结构，其硬件平台和运行在该平台上的软件系统都是根据需要定制的。嵌入式系统通常用于关键设备的控制等，对系统的实时性、可靠性有着严格的要求，因此嵌入式系统更强调软硬件的协同性与整合性。嵌入式系统还要同时满足系统对功能、成本、体积以及功耗等多方面的要划31。可以说，SoC就是单芯片的嵌

3、入式系统。1．2嵌入式系统的调试方法如果把嵌入式系统作为目标系统，那么其开发一般都需要在一台“宿主机”(HostComputer)上进行。在宿主机上进行编辑，交叉编译健接，并通过宿主机把目标系统的可执行映像装载到目标系统中。调试同样需要在宿主机的控制下进行。根据所使用的资源，调试可以分为两大类：硬件调试与软件调试[41。硬件调试是通过硬件实现调试功能的方法。硬件调试可以分为两类：在线仿真器ICE(InCircuitEmulator)和在线调试器ICD(InCireuitDebugger)。ICE是一种专用的调试设备，配有专用于特定CPU芯片的接

4、头。将接头跨接在CPU芯片上并加以固定，使得它的每一条引线都与CPU芯片的对应引脚接硕士学位论文第一章综述触，就可以把CPU的所有引脚都接入ICE。也可以不插入CPU芯片，而将ICE的接头直接插入CPU的插座代替目标CPU。这样既可以用ICE监视cPU引脚的活动以及CPU的外部环境，也可以用ICE来仿真代替CPU的运行。随着CPU设计技术的进步，ICE的一些功能集成到了CPU内部。在这些CPU中，有一组调试寄存器，可以用来设置各种断点以及读取特定寄存器的值等。宿主机的调试器只需要访问这些寄存器就可以让cPu本身实现调试功能。为了更方便的进行调试

5、，有些微处理器还在硬件上为CPU开了一个“后门”，使得宿主机的调试器可以从外部让CPU暂时“挂起”，停止执行，并且可以任意从外部察看和改变各个内部寄存器的内容，也可以对外部存储器进行操作，然后再让CPU从被“挂起”的地址恢复执行，或者通过改变PC寄存器的值，使CPU转入其他的程序执行。CPU内部这些为了实现调试功能而设计的硬件就是在线调试器，或者叫做内置式ICE(EmbeddedICE)151。有些ICD还可以做到完全不影响CPU的运行，实时地完成各种调试功能。软件调试是通过让日标系统执行留驻在目标系统上的软件代码实现调试功能的方法。软件调试在

6、实现时，一般是用一条自陷指令替换原来地址处的指令，并把原指令保存起来。在自陷异常处理中实现各种调试功能，并在执行完调试代码后，再执行保存起来的原指令，从而恢复原程序的正常执行。目标系统上的留驻代码接收宿主机发送的调试指令，向宿主机反馈调试结果和现场信息等。按照对目标系统硬件和软件的控制能力，软件调试方法可以分为引导型软件调试和应用型软件调试两类14】。引导型软件调试是一种具有启动系统、加载和调试包括内核在内的程序等功能的监控程序，实际上是一个具有监控功能的微型操作系统。引导型监控器在启动时就控制了目标系统。它先对目标系统进行通常的引导程序(Bo

7、ot-loader)所做的例行启动工作，如对CPU和RAM进行初始化、在RAM中建立ROM某些区域的映像、初始化串口、初始化中断向量、根据需要对其他外设进行初始化。然后初始化程序的执行环境，建立任务列表，进入Bootstrap环境。最后，在Boot-strap环境中可以接受来自控制台的串I：Zl速率调整、程序映像下载、中断设置、闪存操作、目标系统重启、目标系统状态报告、目标系统时钟设置等命令，并可以加载操作系统。用户可以在宿主机上输入命令，通过某种通信方法如串行口、局域网等发送给目标系统，控制其运行【4】。应用型软件调试是运行在目标机操作系统之

8、上的调试软件，用于调试运行在操作系统之上的应用程序。由于需要调试的是这些与硬件以及操作系统内核结合不很紧密的应用程序，无须要求调试软件去监控操作系统内