一種基於虛擬斷點指令的無縫片上系統調試方法
2023-06-02 21:53:16
專利名稱：一種基於虛擬斷點指令的無縫片上系統調試方法
技術領域：
本發明屬於集成電路領域，具體涉及一種片上系統的調試方法。
背景技術：
國際半導體技術路線圖(ITRS:International Technology Roadmap for Semiconductors)指出，調試和定位問題所需要的時間，將會隨著工藝的進步呈指數型 增長° 據文獻 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，在整個片上系統的設計過程中，從第一次 投片到最後成功的實現所有功能，硬體調試的時間已經接近整個時間的35%，而且這個數 字隨著集成度的提高還會增加。以調試靈活性和覆蓋面為驅動的片上系統調試方法的設計 中，如何更加合理地設計調試手段，成為了一個重要的挑戰。插入斷點指令的調試方法，是片上系統調試的一種有效且靈活的手段。該方法通 常採用在預期指令流位置插入斷點指令，當調試目標機運行到該指令時，暫停系統的運行 狀態，進入調試狀態，調試用戶可以通過調試手段觀測系統的當前狀態信息。退出調試模式 前，需要把插入的斷點指令置換為原指令，控制目標機從該指令的位置重新開始執行，以此 確保原指令運行序列的正確性。另外，調試用戶沒有刪除斷點指令之前，是希望該斷點指令 一直有效的，這樣，當指令流循環運行到此位置時，該斷點指令仍然有效，以此實現調試用 戶對某一特定狀態的監測。若按照上述方法，進行斷點指令插入設計時，將出現如附圖1、2所示情況。附圖1 中，在預期的A位置插入斷點指令，在斷點指令執行後，調試用戶介入，退出調試之前，恢復 原A位置的指令。插入的斷點指令被執行了一次後，就被置換回原來指令，那麼如果斷點指 令為循環體內的指令，再一次執行到該位置時，已沒有斷點指令。換句話說，在調試用戶沒 有刪除斷點的前提下，斷點指令在執行一次後，被自動清除。附圖2中，在預期的A位置插入斷點指令，在斷點指令執行後，調試用戶介入，退出 調試之前，未恢復原A位置的指令。退出調試後，目標機從A位置開始運行，斷點指令再次 命中，如此無限循環執行，系統異常。
發明內容
調試方法的可控制性，要求調試用戶可以通過調試器有效的控制目標機的運行狀 態和待調程序的執行過程。調試方法的低入侵性，則要求調試過程不改變原有程序的執行 行為，不對原有程序運行結果產生影響。基於上述兩個要求，本發明實現了一種基於虛擬斷 點指令的調試方法。該方法通過在停頓指令後插入虛擬斷點指令(該斷點指令執行時，調 試者不可見)，利用該斷點指令執行的時間槽即時間間隙，完成預期斷點指令的恢復，在沒 有被調試刪除之前，預期斷點指令一直有效。同時，確保每次執行到預期斷點指令時，目標 機的正確運行。具體內容如下
—種基於虛擬斷點指令的無縫片上系統調試方法，包括如下步驟在預期插入斷 點指令的A位置，插入預期斷點指令，目標機運行到該預期斷點指令時，進入調試模式，打 開調試窗口，調試用戶介入調試；在退出調試模式前，將A位置的原指令恢復，在目標機指 令流中下一條指令位置，稱之為B位置，插入一個虛擬斷點指令，利用該虛擬斷點指令執行 的時間槽，完成預期斷點指令的恢復，關閉調試窗口，退出調試模式；所述虛擬斷點指令在 調試運行過程中用戶不可見。本發明的有益效果是所述方法無需用戶幹預，實現一次插入斷點後，斷點行為持 續有效，直至用戶將斷點清除，為嵌入式片上系統的調試提供了靈活且高效的手段。
圖I是預期插入斷點指令一次有效運行示意圖。圖2是預期插入斷點循環執行運行示意圖。圖3是本發明插入虛擬斷點指令運行示意圖。圖4是本發明的互聯結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做詳細描述。所述方法的實現結構如附圖3所示，A位置為預期插入斷點指令的位置，在所述圖 a中的A位置插入斷點指令，目標機運行到該斷點指令時，進入調試模式，打開調試窗口，調 試用戶介入調試；所述圖b中，實現在退出調試模式前，將A位置的原指令恢復，在目標機指 令流中下一條指令位置，稱之為B位置，插入一個虛擬斷點指令，關閉調試窗口，退出調試 模式。目標機從A位置開始運行，運行到B位置時，虛擬斷點指令被執行，進入調試模式，但 不打開調試窗口，調試用戶不可介入調試，如所述圖c中，利用該時間槽，完成兩個操作，一 是恢復B位置的原指令，二是恢復A位置的斷點指令，退出調試模式，目標機從B位置開始 繼續運行。如此，即實現了目標機指令流的正確運行，同時A位置的預期插入的斷點指令被 自動恢復。為實現所述方法，首先定義調試系統互連模型，如附圖4所示。該系統包括以下3 個組件目標機目標調試對象，完成指令流的運行，在遇到斷點指令後，暫停目標機運行， 控制調試中間件啟動。接收到調試中間件退出命令後，從斷點指令開始繼續運行。調試中間件調試用戶與目標機的通信樞紐，對調試用戶透明。接收調試窗口命 令，解析為目標機可識別控制信息；控制目標機與調試窗口間通信的開啟與關閉。調試窗口 調試用戶可見，向目標機發送調試命令。在所述調試系統中，為採用一種歸一化的形式實現所述調試方法，本發明將公開 一種R語言，由此來描述所示方法的實現過程。R語言的特點在於第一可觀性，R語言的基本操作為單條原語，同時定義了狀態 控制語句，由系統組件按照具體實現規定其定義，便於方法的描述；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行執行，空間上順 序性則是指調試系統中3個組件的特定運行順序；第三閉合性，R語言規定了執行的起始行為start與終結行為end，同時，3個組件的關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，標記讀取「地址」中數據，在「標記「中保存該數據；3、Write，數據，地址將「數據「寫入」地址「中；4、If條件goto標識「條件「為」真「時，跳轉至」標識「位置執行，否則順序執行；5、#An :數據標記，n取值0 9,該標記可以記錄數據；6、$Yn :元語標識，n取值0 9,定義了 R語言單條元語；7、#xx :狀態控制語句,該語句包括若干條單條元語；# windows_down :調試窗口關閉；# windows_open :調試窗 口打開；# debugmod_down :調試模式關閉；# debugmod_open :調試模式啟動；# run_on 目標機運行；# run_down 目標機運行結束；# non_bphit :調試模式啟動；8、ta :斷點指令；9、watchpoint_address :預期設置的斷點指令位置；10、PC 目標機當前運行的指令位置；11、NPC :緊鄰PC的下一個指令位置；其中，調試用戶在調試窗口打開期間可見目標機，其餘時刻，目標機對調試用戶透 明。該調試方法，以調試用戶啟動目標機運行為開始，以目標機運行結束為最終結點， 以下R語言描述的方法中，初始化為調試窗口開啟狀態。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 $Y4 #run—down;以下按照執行順序，描述上述方法初始時，系統調試窗口打開，為0X0賦值「假」，讀取目標機暫停時的PC位置的指 令，存入#A0 ;讀取預期設置斷點位置watchpoint_address的指令，存入#A1 ;判斷當前 PC值是否等於watchpoint_address值，以此確認是否由斷點指令的執行導致系統進入 調試模式，若不相等，表明此時目標機暫停的位置，並不是斷點位置，於是在watchpoint_ address位置插入斷點指令ta，轉入$Y2，關閉調試窗口，退出調試模式，目標機從PC位置開 始運行。當目標機運行到設置的斷點位置時，執行斷點指令，進入調試模式，此時判斷0X0 的「真」與「假」。由於前面執行過程中，@X0為「假」，因此，跳轉入start開始執行。為0X0賦值「假」，讀取目標機暫停時的PC位置的指令，存入#A0 ;讀取預期設置 斷點位置watchpoint_address的指令，存入#A1 ;此時，判別條件PC = = watchpoint_ address成立，表明此時調試狀態的進入是由斷點指令執行導致的。跳轉入$Y1，執行虛擬斷點的插入置0X0為「真」，讀取NPC位置的指令，保存#A2，在NPC位置插入斷點指令ta，將保存在#A0的指令恢復到PC位置，轉入$Y2，關閉調試 窗口，退出調試模式，目標機開始從PC位置運行。此時PC位置的指令被置換為原始指令，而NPC位置的指令為斷點指令，當運行到 NPC時，斷點指令執行，再一次進入調試模式，此時0X0為「真」，將NPC位置的指令恢復，取 消虛擬斷點指令，轉入$Y0。在此次由執行虛擬斷點指令帶來的時間槽中，由調試中間件完 成將斷點指令寫入PC位置。此時並沒有打開調試窗口，即本次斷點指令執行對調試用戶透 明。在$Y0處，置0X0為「假」，表徵此時虛擬斷點指令已經處理完成，判斷當前目標機 暫停的PC值與watchpoint_address,由於當前的斷點指令是虛擬加入的，因此,兩者顯然 不同。執行在watchpoint_address位置插入斷點指令ta,退出調試模式，目標機開始運行。當目標機的指令運行序列沒有循環執行，那麼在執行到最後，也沒有再一次的斷 點命中，此時目標機運行結束，如果再一次循環到斷點指令，將按照上述再次重複執行。
權利要求
1.一種基於虛擬斷點指令的無縫片上系統調試方法，包括如下步驟在預期插入斷點指令的A位置，插入預期斷點指令，目標機運行到該預期斷點指令時，進入調試模式，打開調試窗口，調試用戶介入調試；在退出調試模式前，將A位置的原指令恢復，在目標機指令流中下一條指令位置，稱之為B位置，插入一個虛擬斷點指令，利用該虛擬斷點指令執行的時間槽，完成預期斷點指令的恢復，關閉調試窗口，退出調試模式； 其特徵在於所述虛擬斷點指令在調試運行過程中用戶不可見。
全文摘要
本發明實現了一種基於虛擬斷點指令的調試方法，基於調試方法的可控制性和低入侵性，該方法通過在停頓指令後插入虛擬斷點指令(該斷點指令執行時，調試者不可見)，利用該斷點指令執行的時間槽，完成預期斷點指令的恢復，在沒有被調試刪除之前，預期斷點指令一直有效。同時，確保每次執行到預期斷點指令時，目標機的正確運行。
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 優先權日2012年3月6日
發明者張麗娜, 張洵穎, 楊博, 裴茹霞 申請人:中國航天科技集團公司第九研究院第七七一研究所