基于DCC和JTAG的ARM硬件仿真调试器的研究与实现

摘要

嵌入式系统开发是当今计算机软件发展的一个热点。嵌入式系统调试器是进行嵌入式开发的关键工具，常用于对嵌入式软件的调试和测试。嵌入式系统调试器由交叉调试器和调试代理组成，其特点在于交叉调试器和调试目标的运行环境相互分离，依赖调试代理来实现其调试会话。随着嵌入式硬件技术的发展，嵌入式应用的不断增长以及嵌入式系统复杂性不断提高，要求嵌入式软件的规模和复杂性也不断提高，嵌入式软件的质量和开发周期对产品的最终质量和上市时间起到决定性的影响，嵌入式软件调试工具的效率成为了人们关注的重点。 本文详细介绍了基于DCC和JTAG的ARM硬件仿真调试器的研究与设计过程。该硬件仿真调试器除了具有下载、断点、单步运行、连续运行、读写内存区域和对寄存器操作等基本调试功能外，还有通过使能DCC通道，来进行快速对目标机内存读写的功能。因为读写内存是调试过程中最常用的功能，这样就大大地提高了调试的效率。文中，首先对嵌入式系统开发和嵌入式调试器进行了全面的介绍。然后对当前嵌入式调试中应用最为广泛的JTAG技术和.ARM中的JTAG原理作了详细介绍。接着对ARM片上调试原理进行了深入分析。最后，深入阐述了LambdalCE的设计、实现和测试过程。 本硬件仿真器在设计过程中有两大特色：一是在进行大量数据的内存读写时，采用了DCC通道来进行数据传输，这样大大提高了调试器的内存读写速度；二是在保护或恢复上下文时(内核寄存器)，采用了批量数据存储指令，这样极大地加快了停止和恢复运行的时间。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1嵌入式系统概述

1.1.1嵌入式系统

1.1.2嵌入式系统开发

1.2嵌入式系统调试器概述

1.2.1嵌入式系统调试器

1.2.2嵌入式系统调试器的分类

1.3本文研究目标

1.4本文章节安排

第2章JTAG原理分析

2.1 JTAG基本原理

2.1.1 JTAG边界扫描的工作原理

2.1.2 JTAG接口的内部结构

2.1.3 TAP控制器的状态机

2.2 ARM中的JTAG原理

2.2.1 TAP控制器、指令寄存器、数据寄存器

2.2.2 ARM7TDMI的扫描链

2.2.3 TAP指令

第3章ARM片上调试原理分析

3.1 ARM7TDMI的EmbeddedICE

3.1.1 EmbeddedICE结构

3.1.2实时监控单元

3.1.3外围控制单元

3.1.4调试通信通道

3.2 ARM7TDMI片上调试的实现

3.2.1调试系统

3.2.2 ARM7TDMI的调试模式

3.2.3断点和观察点

第4章LambdaICE的设计与实现

4.1总体设计

4.1.1交叉调试系统组成

4.1.2 LambdaICE的运行环境

4.1.3 LambdaICE系统结构

4.2运行设计

4.2.1 LambdaICE总体运行流程

4.2.2 LambdaICE读内存流程

4.2.3 LambdaICE写内存流程

4.2.4利用STM指令实现高效的上下文保护流程

4.2.5利用LDM指令实现高效的上下文恢复流程

4.3接口设计

4.3.1 JTAG接口层接口设计

4.3.2调试命令抽象层接口设计

4.3.3调试协议转换层接口设计

4.4 DCC Handler的实现原理

4.4.1 DCC Handler通信协议

4.4.2 DCC Handler实现

第5章LambdaICE的测试

5.1单元测试

5.2系统测试

5.3测试结果

结论

致谢

参考文献