嵌入式多核处理器JTAG调试的设计与实现

论文摘要

随着嵌入式多核处理器技术的发展,高效的开发调试工具越来越受到关注。要想充分发挥多核处理器的潜能,仅仅依靠高性能的处理器芯片是不够的,还需要高效的调试方法和调试工具,才能确保软硬件开发人员在完整的多核系统环境中展开调试工作。对多核处理器来说,调试工具的主流仍是JTAG技术。所以如何在多核处理器上实现对其集成的单处理器核进行JTAG调试,同时单核的原有片上调试硬件和调试软件能够得到最大程度的重用,成为嵌入式多核处理器设计一个重要的研究课题。本文以嵌入式多核处理器QDSP为平台,研究了现有多核处理器的JTAG调试方法,对菊花链方法和TLM方法进行了详细的分析。针对二者需修改原有单核片上调试硬件和调试软件的问题,本文提出了一种在多核处理器内增加JTAG调试支持模块的方法,基于该方法在QDSP内设计实现了片上硬件JTAG Server模块。JTAG Server需要调试工具和开发环境的支持,为此本文设计完成了基于USB 2.0接口的JTAG仿真器,协同JTAG Server实现对QDSP内任意单核的调试。片上trace硬件是QDSP多核调试的有效手段,基于该硬件本文实现了Trace可视化分析工具——Trace Analyzer。本文所做工作为QDSP实现了可靠的片上调试硬件,开发了高效的JTAG仿真器和可视化分析工具,为QDSP的开发调试系统提供了完备的开发调试支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.1.1 嵌入式系统结构
• 1.1.2 嵌入式系统的调试框架
• 1.1.3 嵌入式系统的调试技术
• 1.2 多核处理器 SoC 的调试
• 1.2.1 多核处理器实现形式
• 1.2.2 多核处理器调试难点
• 1.2.3 多核处理器调试方法
• 1.3 项目背景
• 1.4 课题研究主要内容
• 1.5 本文组织结构
• 第二章 多核JTAG 调试相关技术研究
• 2.1 JTAG 技术简介
• 2.1.1 JTAG 基本原理
• 2.1.2 JTAG 硬件电路
• 2.1.3 TAP 控制器
• 2.2 菊花链连接
• 2.3 增加TLM 的方法
• 2.4 本章小结
• 第三章 QDSP JTAG 调试方案及设计实现
• 3.1 一种新的多核调试方案
• 3.1.1 DSM 方案的硬件框架
• 3.1.2 DSM 实现机制
• 3.2 QDSP JTAG 调试的设计与实现
• 3.2.1 仿真器对DSM 方案的支持
• 3.2.2 应用软件对DSM 方案的支持
• 3.3 DSM 的应用
• 3.3.1 DSM 的使用方法
• 3.3.2 DSM 的实例JTAG Server
• 3.4 JTAG Server 方案的性能分析
• 3.4.1 与Daisy-chain 方案的对比
• 3.4.2 结论
• 3.5 本章小结
• 第四章 支持多核调试的JTAG 仿真器的设计
• 4.1 USB 2.0 总线规范介绍
• 4.1.1 USB 特点
• 4.1.2 USB 系统组成
• 4.1.3 USB 管道
• 4.1.4 USB 数据传输过程
• 4.2 仿真器硬件设计
• 4.2.1 EZ-USB FX2 特点
• 4.2.2 硬件电路设计
• 4.3 固件设计
• 4.3.1 固件框架
• 4.3.2 固件程序开发
• 4.4 系统驱动与主机应用软件的设计
• 4.4.1 驱动程序编译
• 4.4.2 主机应用程序设计
• 4.5 仿真器功能验证与分析
• 4.5.1 功能验证
• 4.5.2 性能分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 Trace Analyzer 的实现
• 5.1 路径 Trace 原理
• 5.2 路径 Trace 工作机制
• 5.3 路径 Trace 复现
• 5.3.1 软件模拟器
• 5.3.2 路径Trace 驱动模拟器
• 5.3.3 路径Trace 复现的实现结果
• 5.4 路径 Trace 可视化的实现
• 5.4.1 执行路径文件的分析
• 5.4.2 算法实现
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 银河飞腾QDSP JTAG 仿真器实物