基于EmJTAG的ARM嵌入式系統(tǒng)調(diào)試工具
加入技術(shù)交流群
DTC功能框圖如圖3所示。DTC是ST72651內(nèi)部集成的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)處理器，也是一個通用的串行/并行通信接口。通過改變其內(nèi)運行的插件程序，DTC可以方便地完成不同的高速數(shù)據(jù)傳輸操作。插件程序（最大為256字節(jié)）開始時存放在ST72651的Flash中，芯片運行的程序會將插件程序加載到DTC SW RAM中，然后控制DTC運行這段插件程序。ST7核也可以讀寫DTC的數(shù)據(jù)傳輸緩沖區(qū)，因此需要有一個仲裁電路用于防止ST7核和DTC訪問該緩沖區(qū)時發(fā)生沖突。DTC有一套簡單的指令集。ST7核通過DTC控制寄存器DTCCR控制DTC的操作，通過DTC狀態(tài)寄存器DTCSR查詢DTC的狀態(tài)，通過DTC指針寄存器DTCPR改變DTC的操作指針。
DTC有4種操作狀態(tài)：空閑狀態(tài)（IDLE），加載插件程序狀態(tài)（RAMLOAD），運行狀態(tài)（RUNNING）和改變操作指針狀態(tài)（POINTERCHANGE）。通過改變DTCCR寄存器的RUN、INIT和LOAD位可以實現(xiàn)4種狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。
將插件程序加載到DTC SW RAM中的步驟如下：
◆ 清除DTCCR寄存器的RUN位，使DTC進入IDLE狀態(tài)，停止DTC；
◆ 設(shè)置DTCCR寄存器的LOAD位，使DTC進入RAMLOAD狀態(tài)，以允許寫DTC RAM；
◆ 將插件程序復(fù)制到DTC SW RAM中;
◆ 清除DTCCR寄存器的LOAD位，使DTC返回到IDLE狀態(tài)，恢復(fù)DTC RAM寫保護。
使DTC運行其RAM(即DTC SW RAM)中的插件程序的步驟如下：
◆ 清除DTCCR寄存器的RUN位，使DTC進入IDLE狀態(tài)，停止DTC；
◆ 將插件程序的起始地址填入DTCPR寄存器中；
◆ 設(shè)置DTCCR寄存器的INIT位，使DTC進入POINTERCHANGE狀態(tài)，將DTCPR寄存器中的值復(fù)制到DTC中；
◆ 清除DTCCR寄存器的INIT位，使DTC返回到IDLE狀態(tài)；
◆ 設(shè)置DTCCR寄存器的RUN位，使DTC進入RUNNING狀態(tài)，開始運行。
DTC運行的插件程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：將數(shù)據(jù)傳輸緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)快速移出I/O口，或者從I/O快速移入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)傳輸緩沖區(qū)中。DTC操作的I/O口作為4個JTAG信號： TCK、TMS、TDI和TDO。TCK作為移入/移出數(shù)據(jù)的觸發(fā)時鐘；TDI作為移出數(shù)據(jù)出口；TDO作為移入數(shù)據(jù)進口；TMS作為輸入信號，與TCK一起決定TAP控制器狀態(tài)的轉(zhuǎn)移過程。插件程序用DTC匯編指令編寫，然后通過ST公司提供的一個簡單匯編器將匯編源代碼轉(zhuǎn)化成DTC機器指令，燒寫到ST72651的Flash存儲器中。
3.3.2 掃描鏈操作模塊
掃描鏈操作模塊調(diào)用DTC軟件插件程序，完成初始化TAP控制器、掃描鏈1操作和掃描鏈2操作。
（1） 初始化TAP控制器
TAP控制器的基本功能是產(chǎn)生時鐘信號和控制信號。它包括一個帶有16個狀態(tài)的有限狀態(tài)機： Test-Logic-Reset狀態(tài)、Run-Test/Idle狀態(tài)、Select-DR-Scan狀態(tài)、Select-IR-Scan狀態(tài)、Capture-DR狀態(tài)、Shift-DR狀態(tài)、Exit1-DR狀態(tài)、Pause-DR狀態(tài)、Exit2-DR狀態(tài)、Update-DR狀態(tài)、Capture-IR狀態(tài)、Shift-IR狀態(tài)、Exit1-IR狀態(tài)、Pause-IR狀態(tài)、Exit2-IR狀態(tài)和Update-IR狀態(tài)。
初始化TAP控制器的目的是使TAP控制器進入Select-DR-Scan狀態(tài)。無論當(dāng)前TAP控制器處于什么狀態(tài)，只要在TMS為1時產(chǎn)生5個TCK信號，TAP控制器就進入Test-Logic-Reset狀態(tài)。因此，使TAP控制器進入Select-DR-Scan狀態(tài)的步驟為：首先使TMS為1，產(chǎn)生5個TCK信號，使TAP控制器進入Test-Logic-Reset狀態(tài)；然后使TMS為0，產(chǎn)生1個TCK信號，使TAP控制器進入Run-Test/Idle狀態(tài)；最后使TMS為1，產(chǎn)生1個TCK信號，使TAP控制器進入Select-DR-Scan狀態(tài)。
（2） 掃描鏈1操作
掃描鏈1是JTAG電路中的一種測試數(shù)據(jù)寄存器，主要用于內(nèi)核測試和調(diào)試過程。
掃描鏈1有33位，按掃描先后順序依次為： BREAKPT位（輸入），D31～D0（輸入/輸出）。掃描鏈1操作的目的是移入BREAKPT位，同時向/從數(shù)據(jù)總線移入/移出 32位數(shù)據(jù)。操作步驟如下：
◆ 初始化TAP控制器，使TAP控制器進入Select-D-RScan狀態(tài)；
◆ 使TMS為1，產(chǎn)生1個TCK信號，使TAP控制器進入Select-IR-Scan狀態(tài)；
◆ 使TMS為0，產(chǎn)生2個TCK信號，使TAP控制器進入Shift-IR狀態(tài)；
◆ 往TAP控制器的指令寄存器移入JTAG指令SCAN_N（b0010）；
◆ 使TAP控制器退出Shift-IR狀態(tài)，進入ShiftDR狀態(tài)；
◆ 往掃描鏈選擇寄存器移入b0001，選擇掃描鏈1；
◆ 使TAP控制器退出Shift-DR狀態(tài)，進入Shift-IR狀態(tài)；
◆ 往TAP控制器的指令寄存器移入JTAG指令I(lǐng)NTEST（b1100）；
◆ 使TAP控制器退出Shift-IR狀態(tài)，進入Shift-DR狀態(tài)；
◆ 移入BREAKPT位，移入數(shù)據(jù)D31～D0（或移出數(shù)據(jù)D31～D0）；
◆ 使TAP控制器退出Shift-DR狀態(tài)，進入Select-DR-Scan狀態(tài)。
（3） 掃描鏈2操作
掃描鏈2也是一種測試數(shù)據(jù)寄存器，用于訪問EmbeddedICE宏單元的寄存器。
掃描鏈2有38位，按掃描先后順序依次為：EmbeddedICE寄存器的D0～D31，EmbeddedICE寄存器的A0～A4，讀/寫位。掃描鏈2操作的目的是讀寫EmbeddedICE宏單元的寄存器。操作步驟如下：
◆ 初始化TAP控制器，使TAP控制器進入Select-DR-Scan狀態(tài)；
◆ 使TMS為1，產(chǎn)生1個TCK信號，使TAP控制器進入Select-IR-Scan狀態(tài)；
◆ 使TMS為0，產(chǎn)生2個TCK信號，使TAP控制器進入Shift-IR狀態(tài)；
◆ 往TAP控制器的指令寄存器移入JTAG指令SCAN_N（b0010）；
◆ 使TAP控制器退出Shift-IR狀態(tài)，進入Shift-DR狀態(tài)；
◆ 往掃描鏈選擇寄存器移入b0010，選擇掃描鏈2；
◆ 使TAP控制器退出Shift-DR狀態(tài)，進入Shift-IR狀態(tài)；
◆ 往TAP控制器的指令寄存器移入JTAG指令I(lǐng)NTEST（b1100）；
◆ 使TAP控制器退出Shift-IR狀態(tài)，進入Shift-DR狀態(tài)；
◆ 移入欲寫的數(shù)據(jù)D0～D31；
◆ 移入欲讀寫的EmbeddedICE寄存器的地址；
◆ 移入讀/寫位（讀為0，寫為1）；
◆ 如果為讀，則移出讀到的EmbeddedICE寄存器的值D0～D31；
◆ 使TAP控制器退出Shift-DR狀態(tài)，進入Select-DR-Scan狀態(tài)。
3.3.3 EmbeddedICE寄存器操作模塊
EmbeddedICE寄存器的讀寫通過對掃描鏈2操作實現(xiàn)。讀時，將欲讀的EmbeddedICE寄存器地址作為參數(shù)調(diào)用掃描鏈2操作函數(shù)；寫時，將欲寫的值和EmbeddedICE寄存器地址作為參數(shù)調(diào)用掃描鏈2操作函數(shù)。
3.3.4 高層調(diào)試命令模塊
通過調(diào)用掃描鏈操作模塊和EmbeddedICE寄存器操作模塊，實現(xiàn)了讀寫核寄存器、讀寫存儲器、斷點及觀察點操作、單步或全速運行程序等高級調(diào)試控制命令。這些命令供主程序狀態(tài)機模塊調(diào)用。
3.3.5 USB接口驅(qū)動模塊
USB接口驅(qū)動模塊主要包含5個函數(shù)：函數(shù)InitUSB()用于初始化USB模塊；函數(shù)USB_Polling()處理USB主機發(fā)來的USB標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請求，實現(xiàn)USB枚舉階段的傳輸過程，同時根據(jù)狀態(tài)寄存器的標(biāo)志位調(diào)用相應(yīng)的端點處理函數(shù)；CTR（正確傳輸）中斷服務(wù)程序用于處理端點上發(fā)生的各種中斷；函數(shù)USB_RecvDataEP2(unsigned char *dp, uint8 len)和USB_SendDataEP2(unsigned char *dp, uint8 len)用于從端點2接收和發(fā)送USB包。
3.3.6 主程序狀態(tài)機模塊
主程序狀態(tài)機模塊循環(huán)調(diào)用USB接口驅(qū)動模塊的USB_RecvDataEP2()函數(shù)，接收調(diào)試器發(fā)來的命令報文，根據(jù)命令報文的主命令號和次命令號調(diào)用高層調(diào)試命令模塊的相應(yīng)命令函數(shù)，并將命令函數(shù)返回的數(shù)據(jù)通過調(diào)用USB_SendDataEP2()函數(shù)返回給調(diào)試器，最終根據(jù)命令函數(shù)返回的狀態(tài)通過調(diào)用USB_SendDataEP2()函數(shù)發(fā)確認(rèn)報文給調(diào)試器。
結(jié)語
本文構(gòu)造了一個支持ARM核的嵌入式系統(tǒng)調(diào)試工具。它首先定義了一個輕量級的遠程調(diào)試協(xié)議EmRDI，然后使用ST72651芯片實現(xiàn)了協(xié)議轉(zhuǎn)換器EmJTAG。目前該調(diào)試工具已經(jīng)應(yīng)用于實際嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，PC機上的調(diào)試器軟件可以通過EmJTAG下載程序到基于ARM核的目標(biāo)機上，并實現(xiàn)設(shè)置/清除斷點、設(shè)置/清除觀察點、全速/單步/停止運行程序等基本的調(diào)試功能。
參考文獻
[1] ARM. The ARM7TDMI Debug Architechture，ARM DAI 0028A，1995-12.
[2] ARM. Using EmbeddedICE，ARM DAI 0031C，1999-02.
[3] ARM. ARM Architecture Reference Manual，ARM DDI 0100E，2000-06.
[4] ST. ST72651 DTC Specification，2002-01.
[5] ST. ST7265x Target Specification，2002-01.
[6] 張?zhí)煳? 通過USB和JTAG接口實現(xiàn)主機和DSP器件的通訊[D].
評論