ARM调试系统的研究与实现

论文摘要

随着微电子技术和计算机技术的发展,微控制芯片功能越来越大,而嵌入微控制芯片的设备和系统越来越多,从而使得嵌入式系统技术的应用越来越广泛。嵌入式系统己经广泛地渗透到人们的日常生活等方方面面中。嵌入式系统多样性和复杂性,也给嵌入式开发人员提出了新的挑战,在嵌入式系统开发流程中调试是一个相当重要的环节,嵌入式系统的特点决定了开发过程中需要进行交叉调试的必然性,调试器是衡量一个系统开发环境优劣的重要因素。一方面嵌入式系统的复杂度不断提高,调试的难度也在不断提高,另一方面随着SOC,FPGA等技术的不断发展,也给调试技术的发展带来新的活力,嵌入式开发方法与工具的多样性,也给调试方法的发展带来很大的灵活性。文章首先阐述了嵌入式系统的特点以及嵌入式系统调试的特点,之后对嵌入式调试方法的发展过程出现的主流方法进行了总结与比较,分析了各自的工作原理与适用场合,得出各自优缺点。而文章提出的MiniJtag系统设计方案在分析了比较主流的JTAG调试方法和代理调试方法的优缺点之后,融合了两种主流的调试方法,论文首先讨论了系统实现过程中涉及的主要技术:GDB调试结构与实现过程,调试系统与GDB通讯所要用到的RSP协议的通讯细节,JTAG调试标准以及ARM的调试架构。最后根据作者参与开发的针对ARM920T基于GDB调试工具的MiniJtag调试系统实现过程,提出了一种需要极低成本的简易式调试方法。文中详细介绍了MiniJtag调试系统的结构与层次关系,解析了各个层次之间的联系,以及本人负责开发的调试命令抽象层和并口读写层的设计,对读写目标板寄存器、读写系统存储空间、设置或清除断点等常用的调试手段的实现方法进行了介绍。MiniJtag调试系统所采用的设计思想具有一定的创新性,这种方法与商用的调试工具相比具有不可比拟的成本优势,适合一些关注成本而对效率要求不高的嵌入式学习者或开发者使用,且在设计中很注意系统本身的扩展性与可维护性,主要体现在调试工具的灵活性,所支持的ARM处理器类型的可扩展性,调试接口的灵活性和可优化性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 嵌入式系统概述
• 1.1.1 嵌入式系统简介
• 1.1.2 嵌入式系统开发过程
• 1.1.3 嵌入式系统调试技术
• 1.2 课题概述
• 1.2.1 国内外研究现状与课题来源
• 1.2.2 本人所作工作
• 1.2.3 章节安排
• 1.3 本章小结
• 第二章 常用调试方法介绍与评估
• 2.1 基于指令集仿真调试技术
• 2.2 基于驻留监控软件调试技术
• 2.3 基于片上调试逻辑调试技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 ARM基于JTAG调试原理分析
• 3.1 综述
• 3.2 JTAG调试标准
• 3.2.1 边界扫描技术原理
• 3.2.2 TAP控制器
• 3.2.3 指令寄存器、公共指令以及数据寄存器
• 3.3 ARM920T调试构架
• 3.3.1 典型ARM调试系统
• 3.3.2 ARM920T的指令寄存器及常用JTAG指令
• 3.3.3 EmbeddedICE-RT逻辑单元
• 3.4 本章小结
• 第四章 GDB远程调试协议分析
• 4.1 GDB相关介绍
• 4.1.1 GDB的总体结构
• 4.1.2 用户接口
• 4.1.3 符号处理
• 4.1.4 目标系统处理
• 4.1.5 调试命令实现
• 4.2 RSP协议
• 4.2.1 通讯协议
• 4.2.2 协议命令解释
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于ARM的调试系统的设计与实现
• 5.1 MiniJtag调试系统设计思想
• 5.1.1 MiniJtag运行环境
• 5.1.2 MiniJtag系统结构
• 5.1.3 MiniJtag工作流程
• 5.2 系统功能实现
• 5.2.1 识别目标机处理器
• 5.2.2 读写目标机通用寄存器
• 5.2.3 读写目标机系统存储空间
• 5.2.4 设置断点和观察点
• 5.3 接口设计
• 5.3.1 协议转换接口设计
• 5.3.2 调试命令抽象层接口设计
• 5.3.3 并口层接口设计
• 5.3.4 接口间调用关系
• 5.4 主要功能测试
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简介