如何利用嵌入式仪器调试SoC？

其中一个重要方面是能够在调试过程中重新配置仪器，针对SoC不同领域中的各种信号和场景。基本仪器称为捕获站，其独立管理观测数据的选择、压缩、处理和存储。多台捕获站通常一起使用，为某个SoC创建特定设计基础设施。在插入过程中，捕获站配置一系列关心的潜在信号、最高同时观测数量以及最大RAM容量。捕获站一般被分配给特定时钟域，同时捕获观测数据。Analyzer从每个捕获站中收集数据，颠倒压缩算法，把每个站中捕获的数据对准，在所有捕获站中生成时间相关的视图。

　　图3： 硬件调试基础设施。

　　本例中使用的SoC有四个捕获站：一个位于处理器时钟域，标为1号捕获站（60MHz），针对362个信号；一个位于RX以太网域，标为2号捕获站 （25MHz），针对17个信号；一个位于TX以太网域，标为3号捕获站（25MHz），针对17个信号；最后一个位于闪存时钟域，标为4号捕获站 （33MHz），针对178个信号。每个捕获站都并行运行，能够选择性地观测任意信号组合。Analyzer工具的最终输出是一个表示实际硅片器件中时钟周期准确信号事务的波形，如图4所示。

　　图4： SoC波形实例。

　　尽管软件调试设施和硬件调试设施在目标平台上观测只限于软件问题或硬件问题时效果很好，但在了解涉及软件和硬件交互的行为时，则面临着明显挑战。表1列出了我们的测试台开发过程中遇到的部分问题，以及我们在业界看到的代表性问题。

　　主要挑战在于，尽管使用软件调试设施或硬件调试设施能够"看到"非预期行为的影响，但通常很难确定观测到的不正确行为到底是因还是果。这个问题经常变成软件中非预计的行为是硬件行为不正确的结果，还是其它方式。关键在于确定多个事件之间的临时关系，这要求软件调试视图和硬件调试视图之间有一个公共参照物。

　　事件管理

　　重建软件调试视图和硬件调试视图之间临时关系的能力，涉及两种调试设施中调试状态和事件处理的整合，或综合硬件管理，如图5所示。

　　图5： 综合事件管理。

　　在本例中，Clarus Suite提供的分布式异步仪器使得每个捕获站可以视作自治设备。为支持仪器之间的"交叉触发"，有一条共享事件总线及一个集中式事件处理器。集中式事件处理器在图5中标为接入控制（Access Control），把调试事件和状态传送给Analyzer软件，Analyzer软件管理着整个调试基础设施。这可以对多个功能单元和时钟域同时进行高效硬件调试。为创建综合事件管理，这些信息传播到软件调试设施中，并从软件基础设施中收集数据。通过采用综合事件管理，基础设施可以检测软件断点事件，调试处理器的状态。同样，软件调试设施能够检测硬件触发，调试硬件调试设施的状态。

　　综合事件管理的两大优势是软件调试发起的事件能够控制硬件触发，硬件调试发起的事件能够控制软件调试。更具体地说，软件断点可以映射到特定硬件行为，硬件触发可以在某个点中断软件。图6和图7分别说明了这两种场景的实例。

　　图6：由软件发起的事件。

　　图7：由硬件发起的事件。

　　为演示综合调试系统中软件发起的断点功能，我们修改了Linux内核，在磁盘扇区0x00041d90上发生读取时打印消息"BLOCK"。然后，把目标对准调试设施中来自"sysace"Compact Flash控制器的轨迹。我们使用GDB，在xsysace.c文件第714行上设置了一个硬件断点（printk发生的行）。然后配置测试设施，使用综合事件管理监测软件调试设施。最后，"find/"命令强制内核读取整个磁盘。如图6所示，软件断点在希望的行上暂停了内核执行，另外还触发了硬件调试设施。结果，可以在软件断点时间上看到详细的硬件行为。

　　我们使用硬件适配器，演示综合调试系统中硬件发起的触发功能。我们设置成在Linux内核清除以太网适配器中的"RX Packet Ready Interrupt Bit"时发生硬件触发。我们把综合事件管理界面配置成把硬件事件映射到软件调试设施。到系统中路由器IP地址的ping从SoC到路由器应答位置发起一个发送包。在应答发生时，这个包到达以太网物理层，由以太网适配器处理。然后处理器被中断，Linux内核服务中断。在中断服务结束时，中断被清除。这导致硬件触发和软件被暂停，如图7所示。得到的视图显示了从物理层直到操作系统的整个复杂系统中硬件和软件的同步行为或时间相关行为。

　　小结：通过在软件调试设施和硬件调试设施之间创建综合事件管理界面，可以围绕软件调试事件和硬件调试事件实现单事件同步。这种同步可以有意义地表示同时来自这两种基础设施的调试数据。这样一个完整的系统视图为观察涵盖软件和硬件的各种S