淺談ARM仿真器中的斷點(diǎn)資源

目前，越來(lái)越多的嵌入式開(kāi)發(fā)公司和工程師開(kāi)始采用JTAG方式的ICE仿真器來(lái)進(jìn)行程序的調試工作。傳統的全仿真方式(Full ICE)正在逐漸被使用靈活、成本低廉的JTAG仿真方式所取代。

JTAG仿真器目前可以滿(mǎn)足嵌入式程序調試的所有基本要求，例如：斷點(diǎn)設置、單步調試、內存編輯、變量、寄存器觀(guān)測等。(如圖1所示)

斷點(diǎn)設置是JTAG仿真器最基本的調試功能。用戶(hù)需要系統在設置斷點(diǎn)處停下來(lái)后再進(jìn)行調試。斷點(diǎn)根據原理和用途不同又分為幾個(gè)不同的種類(lèi)。本文將簡(jiǎn)單地介紹一下常用的幾種斷點(diǎn)類(lèi)型。

斷點(diǎn)可分為硬件斷點(diǎn)和軟件斷點(diǎn)兩大類(lèi)：

1．硬件斷點(diǎn)需要目標CPU的硬件支持，當前流行的ARM7/9內部硬件設計提供兩組寄存器用來(lái)存貯斷點(diǎn)信息，所以ARM7/9內核最多支持兩個(gè)硬件斷點(diǎn)，而ARM11則可以支持到8個(gè)硬件斷點(diǎn)。這與調試器無(wú)關(guān)。

2．軟件斷點(diǎn)則是通過(guò)在代碼中設置特征值的方式來(lái)實(shí)現的。當需要在某地址代碼處設置軟件斷點(diǎn)的時(shí)候，仿真器會(huì )先將此處代碼進(jìn)行備份保護，然后將預先設定好的斷點(diǎn)特征值(一般為0x0000等不易與代碼混淆的值)寫(xiě)入此地址，覆蓋原來(lái)的代碼數據。當程序運行到此特征值所在的地址時(shí)，仿真器識別出此處是一個(gè)軟斷點(diǎn)，便會(huì )產(chǎn)生中斷。當取消斷點(diǎn)時(shí)，之前受保護的代碼信息會(huì )被自動(dòng)恢復。

硬件斷點(diǎn)可以設置在任何位置的代碼上，包括ROM和RAM；而軟件斷點(diǎn)由于需要修改相應地址的值，所以一般只能設在RAM上，但是數量可以不受限制。由于硬件斷點(diǎn)設置的靈活性，所以是最優(yōu)先選用的斷點(diǎn)資源，但是兩個(gè)斷點(diǎn)往往很難滿(mǎn)足工程師進(jìn)行深入調試的需要，于是軟件斷點(diǎn)可以作為硬件斷點(diǎn)的補充資源來(lái)使用。

由于通常的軟件斷點(diǎn)只能設在RAM運行的代碼上，而隨著(zhù)系統的代碼量越來(lái)越大，特別是在移動(dòng)通信領(lǐng)域，擴充大容量的RAM勢必會(huì )增加產(chǎn)品的成本，所以現在很多系統直接在FlashROM上運行代碼。對于這種在FlashROM上運行代碼的系統，一般的軟件斷點(diǎn)是無(wú)法設置的，這也是軟件斷點(diǎn)的局限性。對于這樣的系統，只能通過(guò)交替使用兩個(gè)硬件斷點(diǎn)滿(mǎn)足需要，但是會(huì )帶來(lái)一定的不便。

要很好的解決這一矛盾，只有使仿真器增加在FlashROM上設置軟件斷點(diǎn)的功能，拓展仿真器中可供利用的斷點(diǎn)資源。例如，日本橫河計算機株式會(huì )社 (YDC)最新推出的高端ARM仿真器—advicePRO，就是第一個(gè)支持Flash斷點(diǎn)的ICE仿真器產(chǎn)品。(如圖2所示)

在FlashROM上設置軟件斷點(diǎn)的原理與在RAM上設置軟斷點(diǎn)類(lèi)似，也是在設定的斷點(diǎn)處用特征碼替換原有代碼，通過(guò)識別特征碼使斷點(diǎn)事件發(fā)生。不同的是，在FlashROM上設置軟件斷點(diǎn)需要對Flash進(jìn)行擦寫(xiě)操作，這就需要仿真器能夠有Flash編程功能，并且能夠在盡可能短的時(shí)間內完成特征碼的寫(xiě)入。完成這一系列的讀寫(xiě)操作，就可使在FlashROM上調試代碼的工程師獲得更充裕的斷點(diǎn)資源，從而大大提高了開(kāi)發(fā)效率。

圖 1: 調試器界面及常用功能

圖 2: 橫河公司的最新產(chǎn)品advicePRO

但是，由于對Flash進(jìn)行擦寫(xiě)需要一定的時(shí)間，所以在執行到Flash斷點(diǎn)的時(shí)候會(huì )感覺(jué)到有一個(gè)停頓的時(shí)間。雖然這一點(diǎn)比RAM上的軟件斷點(diǎn)要差些，但是相對于給工程師調試工作整體上帶來(lái)的便利而言，這一點(diǎn)是完全可以接受的。

設置斷點(diǎn)進(jìn)行調試是最基本的一種調試手段，選擇具有豐富斷點(diǎn)資源的ICE仿真器，可以明顯地提高調試效率。當然，前提是工程師能夠靈活使用各種斷點(diǎn)資源。