一種片內(nèi)硬件調(diào)試支持單元設(shè)計
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調(diào)試單元的設(shè)計初衷，不僅是要能夠控制整個系統(tǒng)接受調(diào)試控制，同樣也需要用戶能夠?qū)λ衅洗鎯卧M(jìn)行訪問。整個片上存儲單元可分為3類：一是兩大Trace Buffer，包括AHB和指令追蹤緩存；二是DSU內(nèi)部寄存器，除前所述的四大關(guān)鍵寄存器，還包括用于記錄時間值的時間索引寄存器，用于控制AHBTrace Buffer內(nèi)部地址的AHB Trace Buffer地址索引寄存器，用于存儲精確斷點(diǎn)地址的AHB斷點(diǎn)寄存器和與其配套的掩碼寄存器；三是微處理器內(nèi)部寄存器，包括cache，IU寄存器堆，SPR，PSR，F(xiàn)SR，窗口寄存器，PC和NPC指針，陷阱寄存器等。為了能對如此多的寄存器和存儲器進(jìn)行準(zhǔn)確定位，必須有一套完整的尋址機(jī)制，所以在DSU設(shè)計過程中設(shè)計了一套多級譯碼體體系，將片上所有存儲部件地址映射入此體系中。基于以上對DSU功能的設(shè)計考慮，其具體的結(jié)構(gòu)組成如圖4所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/150984.htm
當(dāng)DSU被AHB總線譯碼器選中后，DSU內(nèi)部的第一級譯碼器將對地址總線訪問地址進(jìn)行譯碼，它將判斷當(dāng)前訪問的對象屬于三類存儲單元中的哪一類，如果是第二類即DSU內(nèi)部寄存器，那么將繼續(xù)進(jìn)行第二級地址譯碼，譯碼的結(jié)果將決定當(dāng)前調(diào)試主機(jī)將訪問哪一個功能寄存器；如果是第一類存儲部件，由于它們?nèi)萘枯^大，并需要其128 b的位寬能與總線位寬相兼容，所以需要在這些循環(huán)存儲體內(nèi)設(shè)計一個獨(dú)立的譯碼器，能夠?qū)HB索引寄存器或一級譯碼送出的地址再譯碼；對于第三類存儲部件，由于此類存儲部件位于DSU外部，所以除了需要DSU內(nèi)部的第一、二級譯碼外，在處理器內(nèi)部仍然需要更深層次的輔助譯碼，因此在實(shí)際工作中，訪問此類存儲單元所需的時鐘周期要多于其他幾類存儲單元。在圖4中，左邊5個寄存器將共同決定AHB Trace Buffer的工作情況，斷點(diǎn)判別邏輯根據(jù)控制、斷點(diǎn)和屏蔽寄存器的內(nèi)容共同決定AHB TraceBuffer記錄值來源于總線還是調(diào)試主機(jī)；時間索引寄存器值將隨時鐘周期自增加，同時也作為記錄內(nèi)容的一部分方便以后查詢；而索引寄存器也將隨時鐘周期自增，為正常通信數(shù)據(jù)提供地址，而在調(diào)試模式下，將由一級譯碼器直接提供訪問地址；右邊3個寄存器將共同控制
微處理器的工作狀態(tài)，在DSU外部使能信號下處理器進(jìn)入調(diào)試模式后，處理器將程序指針入棧保護(hù)，同時輸出信號指示當(dāng)前調(diào)試狀態(tài)并將定時器凍結(jié)。當(dāng)DSU控制寄存器中的BN位被清零時，則處理器定時器解凍，程序指針恢復(fù)，退出調(diào)試狀態(tài)。
1．4 調(diào)試通信鏈路
在圖1中就已經(jīng)提到在本系統(tǒng)設(shè)計中需要一個調(diào)試接口，該接口將連接調(diào)試主機(jī)與AHB總線，它包含一個連接在AHB總線上的專用UART。該系統(tǒng)為此設(shè)計了一個簡單的通信協(xié)議，它支持?jǐn)?shù)據(jù)在串口和AHB接口之間的格式轉(zhuǎn)換。通過這個通信鏈路，一個讀或?qū)憘鬏斂梢栽谌我獾腁HB地址上產(chǎn)生，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。
該系統(tǒng)設(shè)計的UART包含一個波特率發(fā)生器，它利用一個18位寬的自減計數(shù)器產(chǎn)生所需的波特率，在時鐘的驅(qū)動下，每當(dāng)計數(shù)器下溢，則產(chǎn)生一個脈沖信號，同時將一個重載寄存器的預(yù)定值重新載入計數(shù)器，最終產(chǎn)生的UART脈沖頻率將是所需波特率的8倍。
調(diào)試機(jī)的串口支持的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)為10位，包括1位起始位、8位數(shù)據(jù)位和1位停止位(高電平)。當(dāng)進(jìn)行的是讀傳輸時，除了將讀地址按照規(guī)定的幀格式進(jìn)行拆分外，在開始階段需另加1個控制幀，其中包含指明當(dāng)前傳輸?shù)念愋鸵约斑B續(xù)傳輸?shù)膲K數(shù)；若進(jìn)行的是寫傳輸，那么在地址發(fā)送完后，還需要按照幀結(jié)構(gòu)發(fā)送調(diào)試數(shù)據(jù)。每次進(jìn)行連續(xù)傳輸時，只需要發(fā)出1個首地址，以后地址將按照控制幀中指定的塊數(shù)按字自增。
通過本接口，調(diào)試機(jī)的串行數(shù)據(jù)將能被此接口封裝成符合AHB總線協(xié)議的傳輸格式，同樣在讀傳輸時，調(diào)試輸出數(shù)據(jù)也能被此接口分解為單bit數(shù)據(jù)返回到調(diào)試串口。
2 結(jié)語
當(dāng)今業(yè)界已經(jīng)出現(xiàn)了較為成熟的硬件調(diào)試系統(tǒng)，如ARM公司的基于JTAG的Embeded ICE宏單元和Multi-ICE協(xié)議轉(zhuǎn)換器，它通過擴(kuò)展JTFAG測試端來實(shí)現(xiàn)通信，利用掃描鏈插入技術(shù)訪問寄存器并向處理器施加指令來訪問處理器及系統(tǒng)的狀態(tài)。但是由于安全和商業(yè)因素的原因，ARM及其調(diào)試工具提供商都沒有公開它們的細(xì)節(jié)，并且其高昂的價格也使得很多用戶對其望而卻步。本文所提出的一種硬件調(diào)試單元完全自主實(shí)
現(xiàn)，且順利通過Modelsim的功能仿真，所以它不但能夠有效的完成對片上處理器的診斷與調(diào)試，而且其擁有的跟蹤技術(shù)也能對程序的運(yùn)轉(zhuǎn)以及片內(nèi)的通信狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，同時專用的硬件協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊在片內(nèi)就實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程調(diào)試連接，能夠方便的與調(diào)試機(jī)進(jìn)行通信。
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