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ARM 与RealView

2019-07-13 20:52发布

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ARM 与RealView ARM RealView工具的嵌入式调试 随着嵌入式应用的深入和发展，特别是在数字通信领域和网络领域中的应用，对处理器的性能提出了更高的要求。为适应这种情况，现在已经出现非常多的多内核结构处理器，例如两个或多个ARM，或者再加入DSP。同时，各种用户对不同应用的需求，使得软件的复杂度极大提高。为了提高应用软件的运行效率和性能，操作系统的使用已经成为必然。再者，为了适应不同的用户需求，ARM芯片加入了很多客户需求的复杂外设。 为了满足客户对复杂ARM SoC调试的挑战，实现快速、高效的软件开发，ARM公司开发了RealView系列ARM开发工具，可以实现： ◆ SoC的技术开发调试 ◆ 基于SoC的产品开发调试 ◆ 应用和软件的开发调试 ARM RealView系列开发工具主要包括： ◆ 编译器、调试器：RVDS（RealView Developer Suite） ◆ JTAG仿真器：RVI（RealView ICE）；Multi-ICE ◆ 硬件跟踪器：RVT（RealView Trace）；Multi-Trace 指令集模拟器 指令集模拟器RealView ARMulator ISS是RVDS软件中的一部分，ARMulator ISS可以提供对ARM/Thumb指令集的精确仿真，支持包括从ARM7到ARM11的内核处理器，可以使开发人员能够在硬件完成之前就开始软件的开发和验证调试。 ARMulator ISS包含了一系列模拟基于ARM核的软件模型，最基本的模型是ARM处理器内核模型和存储器模型，另外也可以定义其他的模型，例如外设、协处理器等。 ARMulator ISS不仅可以进行程序的逻辑和功能验证，同时可以进行性能分析，例如ARMulator可以通过执行应用程序来计算 程序的运行周期，可以产生 Sequential周期、Non-sequential周期、Coprocessor周期等信息，通过这些数据来分析程序内存的使用效率（图1）。 对于ARMulator，我们同时也可以定义处理器的类型、处理器内核的时钟频率以及与处理器连接的内存信息，例如地址、宽度、速度等，来得到程序的运行时间统计等。 JTAG仿真器调试方案 现在所有的ARM芯片都支持JTAG调试。JTAG是IEEE的一个标准，即IEEE1149.1。通过这个标准，可以对具有JTAG接口芯片的硬件电路进行边界扫描和故障检测。JTAG仿真器是通过ARM芯片的JTAG口进行设备调试的。JTAG仿真器连接比较方便，不占用片上的资源，仿真非常接近于目标硬件系统。使用主机调试器配合JTAG仿真器进行开发是目前使用最多的一种ARM调试方式。 ARM内核有个EmbeddedICE逻辑模块，用于采集CPU的总线信号，对于EmbeddedICE和CPU执行单元的通信则是通过扫描链进行的，而这些扫描链则是受测试访问端口TAP（Test Access Port）控制器控制的，并通过ARM芯片的JTAG接口引出，然后通过JTAG仿真器（RVI或Multi-ICE），便可以和主机平台上的调试器（RVD）进行通讯，从而实现对ARM硬件平台的调试。 对于有的ARM应用程序，当用户使用JTAG仿真器对程序 进行单步调试时可能一切都是好的，但当全速运行时则会出现问题。对于这种问题，则可以通过ARM的硬件跟踪器（RVT或Multi-Trace）来查找问题。 硬件跟踪器是通过ARM芯片内部的嵌入式跟踪宏单元ETM（Embedded Trace Macrocell）来实现对程序跟踪的，可以对执行代码进行无干扰的高速实时跟踪，捕获出所有的程序执行过程，帮助工程师迅速地定位疑难故障，从而缩短开发周期，降低开发成本，请参看图2。 RealView调试器 —— RVD RVD是ARM系统调试方案的核心部分，该调试器可以为不同用户提供最为合适的调试功效。RealView调试器包括：高度集成的项目管理和编译控制工具的IDE；功能强大的调试器，使开发者可以快速方便地实现对软件的调试。RVD调试器不仅包含基本的调试功能，例如汇编语言和C/C++的原代码调试；单步、全速运行；断点、观察点和跟踪点设置；寄存器、内存和堆栈察看等；还可以实现很多高级的功能，例如多内核调试支持（Multi-Core Debug）；操作系统明了化（OS Awareness）；DSP明了化（DSP Awareness）；扩展的目标可见性（Extended Visibility）。下面就分别对这几种功能做一个简单说明： ◆ 多内核调试支持 随着客户应用需求的增加，很多应用已经不能由单个ARM内核来实现。针对这种需求，ARM对RVD的功能进行了扩展，可以支持多个内核，例如：多个ARM内核；ARM内核+DSP内核；多个ARM内核+多个DSP内核。调试工具通过JTAG扫描链来自动检测硬件系统的内核，用户可以根据需要来显示多个连接的内核，同时可以为每个内核开一个窗口，因此可以使用多个窗口显示多个连接的内核。用户可以通过配置来对各个被调试的内核进行异步控制，例如单独控制每个内核；也可以通过配置来对各个被调试的内核进行同步控制，例如同时启动、停止和步进等。 ◆ 操作系统明了化 可以使用户在更高的抽象层次上调试整个系统，而不用专注于每一条代码，这样可以隐藏不必要的细节信息，从而关注于整个应用的开发，提高调试的效率，缩短开发的时间。现在RVD可以支持大部分操作系统的OS Awareness，通过OS Awareness可对系统的资源进行观察，例如进程（Thread）、信号量（Semaphores）、邮箱（Mailboxes）、队列（Queues）等，如图3。RVD对OS Awareness的支持主要有两种：停止系统调试HSD（Halted System Debug） 和运行系统调试RSD（Running System Debug）。HSD调试时需要暂停整个系统，这是可以观察和分析整个系统的一些资源情况。RSD可以在系统运行的情况下对用户指定的线程进行调试，例如设置断点、中断、改变线程优先级等。RSD调试非常适合于一些无法停止运行的系统，例如硬盘等。 ◆ DSP明了化 可以使用户在不需要DSP调试工具的情况下对系统的DSP进行调试，与ARM的调试有统一的调试环境，使用户更加方便地熟悉调试环境和节省开发成本。该调试增加了DSP 开发的透明度，使用户可以方便地实现DSP软件的开发。 ◆ 扩展的目标可见性 通过这个功能，用户不仅仅可以看到ARM和DSP的内核寄存器等，而且可以定义一些自己关心的内存映射寄存器和外围设备寄存器等，并可定义有意义的显示格式，例如寄存器名字、位定义和设置值等，在调试过程中还可以方便地改变该数值用户可以方便地通过配置BCD（Board/Chip Definition）文件来印证对扩展目标的可见性。 RealView JTAG仿真器 ARM的RealView JTAG仿真器是高性能的开发工具，通过该仿真器并配合RealView调试器，便可以实现对ARM硬件平台的仿真调试。 RVI（RealView ICE）支持本地连接和网络连接，可以通过USB1.1/2.0和主机相连，也可以通过Ethernet 10/100baseT和主机相连。代码通过JTAG下载速度可以达600KB/s，并且新的差分信号线可以满足高达50MHz的JTAG时钟频率和更长的连接距离。RVI仿真器支持所有ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10系列和ARM11系列芯片的调试仿真。同时，用户可以通过在线固件（Firmware）升级，来支持以后出的ARM新内核。RVI是一个可调整的、模块化的结构，用户可以根据需要在其上面叠加硬件跟踪器RVT（RealView Trace）来实现对ARM内核的跟踪和分析，如图4。 RealView系列为先进调试解决方案 嵌入式系统变得越来越复杂，从单内核系统到越来越多的多内核系统，从单任务软件到使用操作系统的多任务软件，系统的调试也变得越来越困难。如何选择恰当的调试开发工具，对整个产品的开发起着至关重要的作用。ARM完整的RealView系列开发调试工具对各种系统提供了整体的解决方案。ARM的RealView调试器（RVD）结合JTAG仿真器RealView ICE与硬件跟踪器RealView Trace，提供了高效、快速的调试、跟踪解决方案，成为基于ARM嵌入式系统中最为先进的调试方案。    

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