淺談ARM仿真器中的斷點(diǎn)資源

目前，越來越多的嵌入式開發(fā)公司和工程師開始采用jtag方式的ice仿真器來進(jìn)行程序的調(diào)試工作。傳統(tǒng)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仿真器目前可以滿足嵌入式程序調(diào)試的所有基本要求，例如：斷點(diǎn)設(shè)置、單步調(diào)試、內(nèi)存編輯、變量、寄存器觀測等。(如圖1所示)

斷點(diǎn)設(shè)置是jtag仿真器最基本的調(diào)試功能。用戶需要系統(tǒng)在設(shè)置斷點(diǎn)處停下來后再進(jìn)行調(diào)試。斷點(diǎn)根據(jù)原理和用途不同又分為幾個(gè)不同的種類。本文將簡單地介紹一下常用的幾種斷點(diǎn)類型。
斷點(diǎn)可分為硬件斷點(diǎn)和軟件斷點(diǎn)兩大類：

1．硬件斷點(diǎn)需要目標(biāo)cpu的硬件支持，當(dāng)前流行的arm7/9內(nèi)部硬件設(shè)計(jì)提供兩組寄存器用來存貯斷點(diǎn)信息，所以arm7/9內(nèi)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(diào)試器無關(guān)。

2．軟件斷點(diǎn)則是通過在代碼中設(shè)置特征值的方式來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)需要在某地址代碼處設(shè)置軟件斷點(diǎn)的時(shí)候，仿真器會先將此處代碼進(jìn)行備份保護(hù)，然后將預(yù)先設(shè)定好的斷點(diǎn)特征值(一般為0x0000等不易與代碼混淆的值)寫入此地址，覆蓋原來的代碼數(shù)據(jù)。當(dāng)程序運(yùn)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)，便會產(chǎn)生中斷。當(dāng)取消斷點(diǎn)時(shí)，之前受保護(hù)的代碼信息會被自動(dòng)恢復(fù)。

硬件斷點(diǎn)可以設(shè)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(yīng)地址的值，所以一般只能設(shè)在ram上，但是數(shù)量可以不受限制。由于硬件斷點(diǎn)設(shè)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)往往很難滿足工程師進(jìn)行深入調(diào)試的需要，于是軟件斷點(diǎn)可以作為硬件斷點(diǎn)的補(bǔ)充資源來使用。

由于通常的軟件斷點(diǎn)只能設(shè)在ram運(yùn)行的代碼上，而隨著系統(tǒng)的代碼量越來越大，特別是在移動(dòng)通信領(lǐng)域，擴(kuò)充大容量的ram勢必會增加產(chǎn)品的成本，所以現(xiàn)在很多系統(tǒng)直接在flashrom上運(yùn)行代碼。對于這種在flashrom上運(yùn)行代碼的系統(tǒng)，一般的軟件斷點(diǎn)是無法設(shè)置的，這也是軟件斷點(diǎn)的局限性。對于這樣的系統(tǒng)，只能通過交替使用兩個(gè)硬件斷點(diǎn)滿足需要，但是會帶來一定的不便。

要很好的解決這一矛盾，只有使仿真器增加在flashrom上設(shè)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(jì)算機(jī)株式會社(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(shè)置軟件斷點(diǎn)的原理與在ram上設(shè)置軟斷點(diǎn)類似，也是在設(shè)定的斷點(diǎn)處用特征碼替換原有代碼，通過識別特征碼使斷點(diǎn)事件發(fā)生。不同的是，在flashrom上設(shè)置軟件斷點(diǎn)需要對flash進(jìn)行擦寫操作，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(nèi)完成特征碼的寫入。完成這一系列的讀寫操作，就可使在flashrom上調(diào)試代碼的工程師獲得更充裕的斷點(diǎn)資源，從而大大提高了開發(fā)效率。

圖 1: 調(diào)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)行擦寫需要一定的時(shí)間，所以在執(zhí)行到flash斷點(diǎn)的時(shí)候會感覺到有一個(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(diào)試工作整體上帶來的便利而言，這一點(diǎn)是完全可以接受的。

設(shè)置斷點(diǎn)進(jìn)行調(diào)試是最基本的一種調(diào)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(diào)試效率。當(dāng)然，前提是工程師能夠靈活使用各種斷點(diǎn)資源。