專利名稱：一種基于虛擬斷點(diǎn)指令的無縫片上系統(tǒng)調(diào)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路領(lǐng)域，具體涉及一種片上系統(tǒng)的調(diào)試方法。
背景技術(shù)：
國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖(ITRS:International Technology Roadmap for Semiconductors)指出，調(diào)試和定位問題所需要的時間，將會隨著工藝的進(jìn)步呈指數(shù)型 增長° 據(jù)文獻(xiàn) AReconfigurable Design-for-Debug Infrastructure for SoCs(M. Abramovici,Paul Bradley,Kumar Dwarakanah,et al. ,In Proceedings ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC), 2006 :7_12)所述，在整個片上系統(tǒng)的設(shè)計過程中，從第一次 投片到最后成功的實(shí)現(xiàn)所有功能，硬件調(diào)試的時間已經(jīng)接近整個時間的35%，而且這個數(shù) 字隨著集成度的提高還會增加。以調(diào)試靈活性和覆蓋面為驅(qū)動的片上系統(tǒng)調(diào)試方法的設(shè)計 中，如何更加合理地設(shè)計調(diào)試手段，成為了一個重要的挑戰(zhàn)。插入斷點(diǎn)指令的調(diào)試方法，是片上系統(tǒng)調(diào)試的一種有效且靈活的手段。該方法通 常采用在預(yù)期指令流位置插入斷點(diǎn)指令，當(dāng)調(diào)試目標(biāo)機(jī)運(yùn)行到該指令時，暫停系統(tǒng)的運(yùn)行 狀態(tài)，進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，調(diào)試用戶可以通過調(diào)試手段觀測系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)信息。退出調(diào)試模式 前，需要把插入的斷點(diǎn)指令置換為原指令，控制目標(biāo)機(jī)從該指令的位置重新開始執(zhí)行，以此 確保原指令運(yùn)行序列的正確性。另外，調(diào)試用戶沒有刪除斷點(diǎn)指令之前，是希望該斷點(diǎn)指令 一直有效的，這樣，當(dāng)指令流循環(huán)運(yùn)行到此位置時，該斷點(diǎn)指令仍然有效，以此實(shí)現(xiàn)調(diào)試用 戶對某一特定狀態(tài)的監(jiān)測。若按照上述方法，進(jìn)行斷點(diǎn)指令插入設(shè)計時，將出現(xiàn)如附圖1、2所示情況。附圖1 中，在預(yù)期的A位置插入斷點(diǎn)指令，在斷點(diǎn)指令執(zhí)行后，調(diào)試用戶介入，退出調(diào)試之前，恢復(fù) 原A位置的指令。插入的斷點(diǎn)指令被執(zhí)行了一次后，就被置換回原來指令，那么如果斷點(diǎn)指 令為循環(huán)體內(nèi)的指令，再一次執(zhí)行到該位置時，已沒有斷點(diǎn)指令。換句話說，在調(diào)試用戶沒 有刪除斷點(diǎn)的前提下，斷點(diǎn)指令在執(zhí)行一次后，被自動清除。附圖2中，在預(yù)期的A位置插入斷點(diǎn)指令，在斷點(diǎn)指令執(zhí)行后，調(diào)試用戶介入，退出 調(diào)試之前，未恢復(fù)原A位置的指令。退出調(diào)試后，目標(biāo)機(jī)從A位置開始運(yùn)行，斷點(diǎn)指令再次 命中，如此無限循環(huán)執(zhí)行，系統(tǒng)異常。

發(fā)明內(nèi)容
調(diào)試方法的可控制性，要求調(diào)試用戶可以通過調(diào)試器有效的控制目標(biāo)機(jī)的運(yùn)行狀 態(tài)和待調(diào)程序的執(zhí)行過程。調(diào)試方法的低入侵性，則要求調(diào)試過程不改變原有程序的執(zhí)行 行為，不對原有程序運(yùn)行結(jié)果產(chǎn)生影響?；谏鲜鰞蓚€要求，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種基于虛擬斷 點(diǎn)指令的調(diào)試方法。該方法通過在停頓指令后插入虛擬斷點(diǎn)指令(該斷點(diǎn)指令執(zhí)行時，調(diào) 試者不可見)，利用該斷點(diǎn)指令執(zhí)行的時間槽即時間間隙，完成預(yù)期斷點(diǎn)指令的恢復(fù)，在沒 有被調(diào)試刪除之前，預(yù)期斷點(diǎn)指令一直有效。同時，確保每次執(zhí)行到預(yù)期斷點(diǎn)指令時，目標(biāo) 機(jī)的正確運(yùn)行。具體內(nèi)容如下
—種基于虛擬斷點(diǎn)指令的無縫片上系統(tǒng)調(diào)試方法，包括如下步驟在預(yù)期插入斷 點(diǎn)指令的A位置，插入預(yù)期斷點(diǎn)指令，目標(biāo)機(jī)運(yùn)行到該預(yù)期斷點(diǎn)指令時，進(jìn)入調(diào)試模式，打 開調(diào)試窗口，調(diào)試用戶介入調(diào)試；在退出調(diào)試模式前，將A位置的原指令恢復(fù)，在目標(biāo)機(jī)指 令流中下一條指令位置，稱之為B位置，插入一個虛擬斷點(diǎn)指令，利用該虛擬斷點(diǎn)指令執(zhí)行 的時間槽，完成預(yù)期斷點(diǎn)指令的恢復(fù)，關(guān)閉調(diào)試窗口，退出調(diào)試模式；所述虛擬斷點(diǎn)指令在 調(diào)試運(yùn)行過程中用戶不可見。本發(fā)明的有益效果是所述方法無需用戶干預(yù)，實(shí)現(xiàn)一次插入斷點(diǎn)后，斷點(diǎn)行為持 續(xù)有效，直至用戶將斷點(diǎn)清除，為嵌入式片上系統(tǒng)的調(diào)試提供了靈活且高效的手段。


圖I是預(yù)期插入斷點(diǎn)指令一次有效運(yùn)行示意圖。圖2是預(yù)期插入斷點(diǎn)循環(huán)執(zhí)行運(yùn)行示意圖。圖3是本發(fā)明插入虛擬斷點(diǎn)指令運(yùn)行示意圖。圖4是本發(fā)明的互聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)描述。所述方法的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如附圖3所示，A位置為預(yù)期插入斷點(diǎn)指令的位置，在所述圖 a中的A位置插入斷點(diǎn)指令，目標(biāo)機(jī)運(yùn)行到該斷點(diǎn)指令時，進(jìn)入調(diào)試模式，打開調(diào)試窗口，調(diào) 試用戶介入調(diào)試；所述圖b中，實(shí)現(xiàn)在退出調(diào)試模式前，將A位置的原指令恢復(fù)，在目標(biāo)機(jī)指 令流中下一條指令位置，稱之為B位置，插入一個虛擬斷點(diǎn)指令，關(guān)閉調(diào)試窗口，退出調(diào)試 模式。目標(biāo)機(jī)從A位置開始運(yùn)行，運(yùn)行到B位置時，虛擬斷點(diǎn)指令被執(zhí)行，進(jìn)入調(diào)試模式，但 不打開調(diào)試窗口，調(diào)試用戶不可介入調(diào)試，如所述圖c中，利用該時間槽，完成兩個操作，一 是恢復(fù)B位置的原指令，二是恢復(fù)A位置的斷點(diǎn)指令，退出調(diào)試模式，目標(biāo)機(jī)從B位置開始 繼續(xù)運(yùn)行。如此，即實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)機(jī)指令流的正確運(yùn)行，同時A位置的預(yù)期插入的斷點(diǎn)指令被 自動恢復(fù)。為實(shí)現(xiàn)所述方法，首先定義調(diào)試系統(tǒng)互連模型，如附圖4所示。該系統(tǒng)包括以下3 個組件目標(biāo)機(jī)目標(biāo)調(diào)試對象，完成指令流的運(yùn)行，在遇到斷點(diǎn)指令后，暫停目標(biāo)機(jī)運(yùn)行， 控制調(diào)試中間件啟動。接收到調(diào)試中間件退出命令后，從斷點(diǎn)指令開始繼續(xù)運(yùn)行。調(diào)試中間件調(diào)試用戶與目標(biāo)機(jī)的通信樞紐，對調(diào)試用戶透明。接收調(diào)試窗口命 令，解析為目標(biāo)機(jī)可識別控制信息；控制目標(biāo)機(jī)與調(diào)試窗口間通信的開啟與關(guān)閉。調(diào)試窗口 調(diào)試用戶可見，向目標(biāo)機(jī)發(fā)送調(diào)試命令。在所述調(diào)試系統(tǒng)中，為采用一種歸一化的形式實(shí)現(xiàn)所述調(diào)試方法，本發(fā)明將公開 一種R語言，由此來描述所示方法的實(shí)現(xiàn)過程。R語言的特點(diǎn)在于第一可觀性，R語言的基本操作為單條原語，同時定義了狀態(tài) 控制語句，由系統(tǒng)組件按照具體實(shí)現(xiàn)規(guī)定其定義，便于方法的描述；第二在時間上和空間上 的順序性，時間上順序性是指R語言描述的操作按照原語序列的順序進(jìn)行執(zhí)行，空間上順 序性則是指調(diào)試系統(tǒng)中3個組件的特定運(yùn)行順序；第三閉合性，R語言規(guī)定了執(zhí)行的起始行為start與終結(jié)行為end，同時，3個組件的關(guān)閉與開啟操作分別閉合。R語言的語法說明如下UiXn :布爾量，n取值0 9，其值false和true，分別表示“假”與“真”；2、Read，地址，標(biāo)記讀取“地址”中數(shù)據(jù)，在“標(biāo)記“中保存該數(shù)據(jù)；3、Write，數(shù)據(jù)，地址將“數(shù)據(jù)“寫入”地址“中；4、If條件goto標(biāo)識“條件“為”真“時，跳轉(zhuǎn)至”標(biāo)識“位置執(zhí)行，否則順序執(zhí)行；5、#An :數(shù)據(jù)標(biāo)記，n取值0 9,該標(biāo)記可以記錄數(shù)據(jù)；6、$Yn :元語標(biāo)識，n取值0 9,定義了 R語言單條元語；7、#xx :狀態(tài)控制語句,該語句包括若干條單條元語；# windows_down :調(diào)試窗口關(guān)閉；# windows_open :調(diào)試窗 口打開；# debugmod_down :調(diào)試模式關(guān)閉；# debugmod_open :調(diào)試模式啟動；# run_on 目標(biāo)機(jī)運(yùn)行；# run_down 目標(biāo)機(jī)運(yùn)行結(jié)束；# non_bphit :調(diào)試模式啟動；8、ta :斷點(diǎn)指令；9、watchpoint_address :預(yù)期設(shè)置的斷點(diǎn)指令位置；10、PC 目標(biāo)機(jī)當(dāng)前運(yùn)行的指令位置；11、NPC :緊鄰PC的下一個指令位置；其中，調(diào)試用戶在調(diào)試窗口打開期間可見目標(biāo)機(jī)，其余時刻，目標(biāo)機(jī)對調(diào)試用戶透 明。該調(diào)試方法，以調(diào)試用戶啟動目標(biāo)機(jī)運(yùn)行為開始，以目標(biāo)機(jī)運(yùn)行結(jié)束為最終結(jié)點(diǎn)， 以下R語言描述的方法中，初始化為調(diào)試窗口開啟狀態(tài)。start # windowns_open；
$Y0 @X0 =false；
Read PC，#A0;
Read watchpoint—address，# A1 ；
If pc=watchpoint—address goto $Y 1 ；
Write ta，watchpoint—address; goto $Y2；
$Y1 @X0=tme；
Read npc，#A2;
Write ta，npc;
Write #A0，PC;
$Y2 # windowns—down ；
# debugmode—down;
#run—on;
If non—bphit goto $Y4；
# debugmode—open;
If @X0= =fault goto start；
Write #A2,NPC； goto $Y0；
end $Y4 #run—down;以下按照執(zhí)行順序，描述上述方法初始時，系統(tǒng)調(diào)試窗口打開，為0X0賦值“假”，讀取目標(biāo)機(jī)暫停時的PC位置的指 令，存入#A0 ;讀取預(yù)期設(shè)置斷點(diǎn)位置watchpoint_address的指令，存入#A1 ;判斷當(dāng)前 PC值是否等于watchpoint_address值，以此確認(rèn)是否由斷點(diǎn)指令的執(zhí)行導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入 調(diào)試模式，若不相等，表明此時目標(biāo)機(jī)暫停的位置，并不是斷點(diǎn)位置，于是在watchpoint_ address位置插入斷點(diǎn)指令ta，轉(zhuǎn)入$Y2，關(guān)閉調(diào)試窗口，退出調(diào)試模式，目標(biāo)機(jī)從PC位置開 始運(yùn)行。當(dāng)目標(biāo)機(jī)運(yùn)行到設(shè)置的斷點(diǎn)位置時，執(zhí)行斷點(diǎn)指令，進(jìn)入調(diào)試模式，此時判斷0X0 的“真”與“假”。由于前面執(zhí)行過程中，@X0為“假”，因此，跳轉(zhuǎn)入start開始執(zhí)行。為0X0賦值“假”，讀取目標(biāo)機(jī)暫停時的PC位置的指令，存入#A0 ;讀取預(yù)期設(shè)置 斷點(diǎn)位置watchpoint_address的指令，存入#A1 ;此時，判別條件PC = = watchpoint_ address成立，表明此時調(diào)試狀態(tài)的進(jìn)入是由斷點(diǎn)指令執(zhí)行導(dǎo)致的。跳轉(zhuǎn)入$Y1，執(zhí)行虛擬斷點(diǎn)的插入置0X0為“真”，讀取NPC位置的指令，保存#A2，在NPC位置插入斷點(diǎn)指令ta，將保存在#A0的指令恢復(fù)到PC位置，轉(zhuǎn)入$Y2，關(guān)閉調(diào)試 窗口，退出調(diào)試模式，目標(biāo)機(jī)開始從PC位置運(yùn)行。此時PC位置的指令被置換為原始指令，而NPC位置的指令為斷點(diǎn)指令，當(dāng)運(yùn)行到 NPC時，斷點(diǎn)指令執(zhí)行，再一次進(jìn)入調(diào)試模式，此時0X0為“真”，將NPC位置的指令恢復(fù)，取 消虛擬斷點(diǎn)指令，轉(zhuǎn)入$Y0。在此次由執(zhí)行虛擬斷點(diǎn)指令帶來的時間槽中，由調(diào)試中間件完 成將斷點(diǎn)指令寫入PC位置。此時并沒有打開調(diào)試窗口，即本次斷點(diǎn)指令執(zhí)行對調(diào)試用戶透 明。在$Y0處，置0X0為“假”，表征此時虛擬斷點(diǎn)指令已經(jīng)處理完成，判斷當(dāng)前目標(biāo)機(jī) 暫停的PC值與watchpoint_address,由于當(dāng)前的斷點(diǎn)指令是虛擬加入的，因此,兩者顯然 不同。執(zhí)行在watchpoint_address位置插入斷點(diǎn)指令ta,退出調(diào)試模式，目標(biāo)機(jī)開始運(yùn)行。當(dāng)目標(biāo)機(jī)的指令運(yùn)行序列沒有循環(huán)執(zhí)行，那么在執(zhí)行到最后，也沒有再一次的斷 點(diǎn)命中，此時目標(biāo)機(jī)運(yùn)行結(jié)束，如果再一次循環(huán)到斷點(diǎn)指令，將按照上述再次重復(fù)執(zhí)行。
權(quán)利要求
1.一種基于虛擬斷點(diǎn)指令的無縫片上系統(tǒng)調(diào)試方法，包括如下步驟在預(yù)期插入斷點(diǎn)指令的A位置，插入預(yù)期斷點(diǎn)指令，目標(biāo)機(jī)運(yùn)行到該預(yù)期斷點(diǎn)指令時，進(jìn)入調(diào)試模式，打開調(diào)試窗口，調(diào)試用戶介入調(diào)試；在退出調(diào)試模式前，將A位置的原指令恢復(fù)，在目標(biāo)機(jī)指令流中下一條指令位置，稱之為B位置，插入一個虛擬斷點(diǎn)指令，利用該虛擬斷點(diǎn)指令執(zhí)行的時間槽，完成預(yù)期斷點(diǎn)指令的恢復(fù)，關(guān)閉調(diào)試窗口，退出調(diào)試模式； 其特征在于所述虛擬斷點(diǎn)指令在調(diào)試運(yùn)行過程中用戶不可見。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種基于虛擬斷點(diǎn)指令的調(diào)試方法，基于調(diào)試方法的可控制性和低入侵性，該方法通過在停頓指令后插入虛擬斷點(diǎn)指令(該斷點(diǎn)指令執(zhí)行時，調(diào)試者不可見)，利用該斷點(diǎn)指令執(zhí)行的時間槽，完成預(yù)期斷點(diǎn)指令的恢復(fù)，在沒有被調(diào)試刪除之前，預(yù)期斷點(diǎn)指令一直有效。同時，確保每次執(zhí)行到預(yù)期斷點(diǎn)指令時，目標(biāo)機(jī)的正確運(yùn)行。
文檔編號G06F11/26GK102662809SQ20121005595
公開日2012年9月12日 申請日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)明者張麗娜, 張洵穎, 楊博, 裴茹霞 申請人:中國航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七一研究所