S698系列处理器软件调试工具V8MON的设计与应用

1 引言

在嵌入式软件开发中，调试是一个重要的环节，调试工具是衡量软件开发环境优劣的重要因素。可以说嵌入式交叉调试器是嵌入式系统开发者使用最多的工具，也是整个开发周期中使用时间最长的工具。

目前基于SPARC核的嵌入式处理器已经成为欧美市场的主流，2003年珠海欧比特控制工程股份有限公司成功研制出国内第一款SPARC V8架构32位嵌入式处理器S698，经过几年发展，S698已成为系列化产品，有军品级、商业级、多处理器类型等，并广泛应用于国防、航空、通信等领域。

V8MON是欧比特公司自主研发的基于S698系列处理器的软件调试器，可以运行于Windows以及Linux平台，具有使用简捷、接口丰富等特点，同时也可运用于其它SPARC V8架构的处理器平台。V8MON的调试功能主要包括：程序下载、运行、内存读写、反汇编、断点设置、数据跟踪等。

2 调试原理

2.1 交叉调试

嵌入式系统中的软件调试与桌面软件的调试有很大的不同。调试嵌入式系统时，调试器和被调试程序往往是物理上分离的。调试器运行在宿主机上，而被调试程序运行在目标机上，宿主机与目标机之间通过某种媒介进行通信。通常情况下，还要在目标机上运行一个称为调试代理(Debug Agent)的监控程序，由它来负责与运行在宿主机上的调试器进行通信，控制被调试程序的执行，并将被调试程序的执行情况及时反馈给调试器。

使用调试代理软件的最大的缺点是占用目标系统的资源，消耗处理器时间，造成应用程序的最终运行环境和调试环境有差异，且影响被调试程序的运行。目前一些高端处理器都内置有硬件调试逻辑单元，可以通过硬件方式完成调试过程中的通讯、控制工作，且不占用系统资源，不影响程序的运行，不需要调试代理程序的参与。

S698系列处理器的内部就集成有调试单元DSU(Debug Support Unit)，DSU可以独立于IU处理单元在内部AHB总线上产生读写时序，所以可以直接到访问处理器上的各种资源(如内存空间、片内寄存器、ROM地址等)。

V8MON调试器运行在主机端，通过串口、以太网等方式与目标硬件系统相连，通过收送指令的方式与DSU调试单元进行交互，从而完成对目标系统的调试。可以看到这种调试模式无需在硬件系统上烧写监控调试软件，也不需要借助硬件仿真器，甚至不需要硬件处理单元的参与。V8MON除了与DSU通讯之外，还要完成对人机接口，以及文件解析、GDB协议分析等功能，其完整的模块结构如图1所示。

图1 V8MON连接结构图

V8MON不仅可以设置软件断点(指令级中断)，还可以设置硬件断点。通过写DSU调试单元中断点寄存器的值可以进行硬件断点设置，V8MON不仅对地址还可以对数据以及总线的信号进行复杂的触发控制设定，从而满足对特定事件的中断响应，增加了灵活性，同时可以在ROM中设置断点和观察点，极大地方便调试。

V8MON还提供追踪功能，可以不停止CPU的运行而实时监视芯片总线的信息，这些信息存储在处理器内部的trace buffer中， V8MON可以随时读取这些信息，从而根据这些数据信息重现处理器的历史状态、数据以及程序流程等。合理使用此功能，用户可以得到细致、准确的运行分析数据，而又不必借助任何硬件设备，可以大大降低分析的成本。

2.2 gdb连接

V8MON有两种操作模式：命令行模式和GDB模式。在命令行模式下，V8MON命令通过窗口终端控制台手工输入，V8MON通过DSU协议把指令传输给目标系统DSU调试单元;在GDB模式下，V8MON作为一个网关，V8MON首先把客户端通过远程GDB协议发过来的GDB命令翻译为调试指令，再通过DSU协议把调试指令传输给目标系统DSU调试单元。

Gdb是GNU软件序列中的调试工具，Gdb可以调试各种程序，包括C、C++、JAVA、PASCAL、FORAN和一些其它的语言，支持现有的大部分处理器平台，即可用于上位机软件调试，也可用于嵌入式软件交叉调试。

V8MON通过标准socket接口与gdb连接，V8MON为socket服务器端，gdb为客户端。V8MON和gdb可以在同一个PC机上运行，也可以在两台不同的PC上运行，这两台机器之间通过以太网相连;连接后用户可以在主机上用gdb对目标系统进行调试，V8MON在目标系统与gdb之间进行命令转换，起到桥梁纽带作用。

图2 V8MON GDB模式调试原理框图

采用gdb调试更关注于软件本身，较适合对大型应用软件的调试，用户可以在高级语言层面调试应用程序，如查看变量，源代码级单步执行等。同时可以进一步将gdb调试内嵌到到集成开发环境中，从而获得更直观、更友好的人机界面，此时用户的操作全部是在图形界面下完成，无需了解V8MON的任何操作细节。

3 设计实现

V8MON大部分由C语言编写