CN101751331A - 网络计算机平台板级调试的在线加载监听方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络计算机平台板级调试的在线加载监听方法及其系统，该方法应用于一调试主机以及一调试目标板组成的系统中，包括：创建目标程序；所述调试主机通过ICE驱动模块将所述目标程序发送至所述调试目标板；所述调试目标板的加载模块加载并运行所述目标程序，所述调试主机进行监听，如果发现运行异常，所述加载模块执行异常处理。本发明使得在调试程序时可以避免每次运行目标程序都将程序烧录到Flash后再运行，提高了效率，调试更加方便。

Description

网络计算机平台板级调试的在线加载监听方法及其系统

技术领域

本发明涉及程序加载监听技术，尤其涉及用于网络计算机硬件平台板级调试的加载监听方法及其系统。

背景技术

网络计算机(NC)是一种计算机终端，它通过RDP或ICA协议与服务器连接，访问、使用服务器上的所有软、硬件和数据资源。与普通的PC相比，NC价格低廉，安全性高、易于管理和维护，适用于电子政务、教育信息化、企业信息化、医疗信息化等行业和领域。

目前，网络计算机是使用的UniCore微处理器中包含一个调试协处理器ICE。ICE(In-Circuit Emulator)是基于JTAG技术(JTAG/IEEE 1149.1)的一种硬件调试工具，主要用于微处理器/微控制器的开发环境。整合了ICE的SoC通过引脚与外部的调试主机建立起通信通道，通过JTAG标准制定的通信规范，完成远程通信调试。1990年，IEEE颁布了IEEE 1149.1标准，描述了边界扫描测试(boundary-scan testing)的方法。该标准由联合测试活动组(Joint Test Action Group，JTAG)开发，因此也被称为JTAG/IEEE 1149.1。通过JTAG接口，边界扫描解决了新的封装方式带来的测试访问问题。现代处理器功能强大，构造复杂，基本都包含了符合JTAG标准的功能部件，这就为软件调试提供了强有力的支持。

任何一种硬件的设计完成之后，都需要对硬件功能的正确性进行验证，并且还要对其所需的系统软件进行调试。对于硬件设计正确性的验证可以采用模拟仿真验证、FPGA原型验证和实际芯片测试。

使用模拟仿真来对设计进行验证虽然比较方便，但是它们不是最终的硬件环境，因此经常遇到的一个问题是，在实际硬件测试时发现了在仿真环境中没用遇到的新问题，造成系统运行不正常。使用实际的芯片进行功能验证是最可靠的方法，但是如果实际流片的芯片出错则代价非常高。因此通常是将硬件设计烧录到FPGA板上进行原型验证，并且在FPGA原型验证平台上验证调试。

FPGA原型验证平台是一个严格遵循硬件设计的开发板，如图1所示。成熟体系结构的调试开发板一般会内嵌一个标准的通信加载程序，调试主机上运行集成开发调试工具，即调试器。调试主机通过仿真器和目标机相连。仿真器处理宿主和目标机之间所有的通信，调试主机的通信口可以是串口、并行口或者高速以太网接口。仿真器通过转接口，比如边缘扫描接口(JTAG/IEEE1149.1)等和目标机相连。但是针对一个新型体系结构的FPGA开发板，要在其硬件平台正确性没有保证并且没有系统软件的情况下运行程序，只能使用编程器将测试程序烧录到Flash中，并将Flash放置于开发板插座上，然后系统加电从Flash中执行程序，并且通过亮灭灯的方式来显示程序运行的情况。如果测试程序做了修改，则需要断电取出Flash使用编程器烧录新的测试程序。新型的体系结构由于没有比较完善的集成开发环境，因此每次运行程序时都需要将程序烧录到Flash后再运行，非常影响效率。所以本文阐述了一个解决该问题的方法及其系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种网络计算机平台板级调试的在线加载监听方法及其系统，使得在调试程序时可以避免每次运行目标程序都将程序烧录到Flash后再运行而影响效率的问题。

更进一步的，本发明提供了便利的调试功能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种网络计算机平台板级调试的在线加载监听方法，用于一调试主机针对一调试目标板的调试监听，包括：

步骤1，创建目标程序；

步骤2，所述调试主机通过ICE驱动模块将所述目标程序发送至所述调试目标板；

步骤3，所述调试目标板的加载模块加载并运行所述目标程序，所述调试主机进行监听，如果发现运行异常，所述加载模块执行异常处理。

所述步骤2之前进一步包括：所述调试主机的ELF加载模块确认所述目标程序的格式，将ELF格式的目标程序转换为映像格式。

所述步骤2之前进一步包括：

所述调试主机与所述调试目标板之间执行通信自检的步骤，该步骤进一步包括：

所述调试目标板在上电时，发送连接标识至所述调试主机；

所述调试主机收到所述连接标识后，发送连接响应标识至所述调试目标板；

所述调试目标板发送连接确认标识至所述调试主机；

所述调试主机接收到所述连接确认标识，自检通过。

所述目标程序包括用于系统状态信息收集的程序和用于信息传送输出的程序。

所述步骤3之后进一步包括：

在所述调试主机中显示所述目标程序的运行状态信息。

本发明还公开了一种网络计算机平台板级调试的在线加载监听系统，包括：

一调试主机以及一调试目标板；

所述调试主机进一步包括：加载监听主模块、ICE驱动模块、远程写模块；

所述加载监听主模块用于控制所述调试主机中的其他模块并对所述调试目标板进行监听；

所述ICE驱动模块用于实现所述调试主机与所述调试目标板之间的数据传输，传输一目标程序至所述调试目标板；

所述远程写模块用于向所述调试目标板发送数据；

所述调试目标板进一步包括一加载模块，用于加载以及运行所述目标程序，并在发现运行异常时执行异常处理。

所述调试主机还包括一ELF加载模块，用于确认所述目标程序的格式，并将ELF格式的目标程序转换为映像格式。

所述调试主机还包括一自检测试模块，用于执行所述调试主机与所述调试目标板之间的通信自检。

所述目标程序包括用于系统状态信息收集的程序和用于信息传送输出的程序。

所述加载模块用于在加载前，对所加载的数据进行校验，如果发现错误，退出，否则继续。

该系统包括调试主机的“加载-监听”程序(Loadlisten)和调试目标板端的“加载”程序(Loader)组成，两者相互通信，负责将用户的程序装载到目标板上特定内存处，然后Loader跳转到用户程序开始执行。在用户程序执行的过程中可以向主机端发送数据，主机端会接收并显示数据。

本发明使得在调试程序时可以避免每次运行目标程序都将程序烧录到Flash后再运行，提高了效率，调试更加方便。

附图说明

图1是嵌入式系统软件加载调试装置图；

图2是本发明的网络计算机平台板级调试的在线加载监听系统的结构示意图；

图3A、3B是本发明的网络计算机平台板级调试的在线加载监听方法的流程图。

具体实施方式

本发明通过“加载-监听”的方式支持目标程序的执行、调试、结果查看，从而把对目标系统的干扰降到了最低。

如图2所示，为本发明的网络计算机平台板级调试的在线加载监听系统的结构示意图。网络计算机平台板级调试的在线加载监听系统200包括一调试目标板30，该调试目标板30可以是一FPGA开发板。网络计算机平台板级调试的在线加载监听系统200还包括一调试主机20。在一实施例中，FPGA开发板为一网络计算机的原型。一目标程序将被安装加载在该调试目标板中进行运行，以实现调试过程。该目标程序可以是汇编测试程序，也可以是系统软件，如Bootloader或操作系统。

该目标程序内部设置有系统状态信息收集功能，即检查程序关键位置是否可达，用于表明程序运行进度。另外，目标程序还包括具备信息传送输出功能的程序。

调试主机20的并口转接调试目标板30的JTGA口，使得调试主机20与调试目标板30实现交互。调试主机20通过在调试过程中向调试目标板30发送并在调试目标板中运行目标程序的方式，避免每次运行目标程序都需将目标程序烧录至调试目标板的flash。

当调试主机20与调试目标板30实现交互后，调试主机20还可根据用户需要单独地向调试目标板30发送对目标程序的控制指令，同时从调试目标板30获取目标程序的运行信息并加以显示。调试主机20进一步包括加载监听主模块(Loadlisten主模块)201、ICE驱动模块203、远程写模块204。

在另一实施例中，调试主机20还包括自检测试模块(Selftest模块)202。

在另一实施例中，调试主机20还包括ELF加载模块(Load-ELF模块)205。

调试目标板30中具备一加载模块301，用于加载以及运行所述目标程序，并在发现运行异常时执行异常处理。

加载监听主模块201用于控制整个程序流程并监听、显示目标程序返回的数据。加载监听主模块201是调试目标板30中加载模块(Loader模块)301和调试主机20上自检测试模块202、ICE驱动模块203、远程写模块204、ELF加载模块205的桥梁，它负责与调试目标板上加载模块301的交互，并对加载模块301返回的信息进行用户。同时，加载监听主模块201根据用户给出的命令参数处理各种情况，如目标程序的文件格式、目标程序加载到内存中的位置、目标程序的文件名、目标程序是否以十六进制格式打印输出结果、目标程序是否输出程序运行状态信息以及目标程序是否采用强制自检模式。

自检测试模块202用于测试JTAG通信的正确性。调试目标板30上电时加载模块301发出连接标识，该连接标识可以是一字符标识AB，自检测试模块202接到AB后，会发送响应标识CD，接着加载模块301收到CD则再发出连接确认标识EF，自检测试模块202收到EF则表明数据通信正确，自检通过。

ICE驱动模块203用于实现ICE发送和接收。调试主机20与调试目标板30的通信均是通过主机的并口和目标板的JTAG口来实现。调试主机通过并口转接为JTGA口与调试目标板进行交互。调试主机20的ICE驱动模块用于将调试主机20要发送的数据通过并口传送到调试开发板的JTAG口，并由加载模块301将数据从JTAG口进行接收。ICE驱动模块203用于实现底层数据传输的细节。

远程写模块204用于通过ICE驱动模块向远程目标板发送数据。当调试主机20要传送文件到调试目标板30时，调用远程写模块204中的函数来完成，并由ICE驱动模块203实现底层传送细节。

ELF加载模块205用于实现对ELF文件的支持。目标程序一般采用ELF文件格式来执行，因为ELF文件格式制作比较简单，并且带有很多说明和调试的信息，这有助于文件的运行调试。但是比较大的程序如Bootloader和操作系统则是例外，它们一般采用映像文件格式。ELF加载模块205接收ELF格式的文件，对其进行解析获取文件的调试和辅助信息，并去除一些运行时非必要的信息然后转换成映像文件进行传送。

调试目标板30中设置有带有加载模块的Flash。加载模块会在调试目标板30上电后开始执行，并负责与调试主机端通信，包括与调试主机20握手自检、接收调试主机20发来的数据等。接收目标程序完成后跳转到目标程序入口进行执行，当目标程序产生异常时对其进行异常处理。

基于以上系统，本发明的网络计算机平台板级调试的在线加载监听方法的流程图如图3A、3B所示，包括以下步骤：

步骤1，创建目标程序；

步骤2，调试主机20通过ICE驱动模块203将所述目标程序发送至所述调试目标板30；

步骤3，所述调试目标板30的加载模块301加载并运行所述目标程序，如果发现运行异常，所述加载模块301执行异常处理。

所述步骤1进一步包括，步骤301，根据需求创建目标程序。

根据需要编写目标程序，目标程序中需包含结果输出功能，即用于将运行结果传送给调试主机20并显示。由于此时运行环境一般还没打开MMU支持，所以直接采用实地址编程。随后，采用交叉编译工具链来创建目标程序，目标程序的文件格式可以是映像文件也可以是ELF文件。由于目标程序的运行环境没有库的支持，所以编译时使用静态连接。编译时可以使用-Ttext 0x2000选项表明目标代码的代码段从0x2000开始，使用-e main表明代码入口为main标号。

该目标程序中包括用于收集程序系统状态信息的程序和结果输出程序(即，用于信息传送输出的程序)，以便运行时调试主机20能够对目标程序进行监听。

步骤1、2之间进一步包括步骤302-305：

步骤302，确认目标程序的文件格式，如果是ELF格式，执行步骤303，如果不是ELF格式，执行步骤304。

加载Linux内核映像时需要使用映像文件加载。对于别的验证测试程序则采用ELF文件格式，ELF文件格式制作比较简单，并且带有很多说明和调试的信息，这有助于文件的运行调试。

步骤303，进行ELF格式处理。利用ELF加载模块205进行处理，将目标程序的格式转换为映像格式，随后执行步骤304。

此时，用户还可通过命令，利用加载监听主模块指定加载目标程序的各个参数，如目标程序的文件格式、目标程序加载到内存中的位置、目标程序的文件名、目标程序是否以十六进制格式打印输出结果、目标程序是否输出程序运行状态信息以及目标程序是否采用强制自检模式。

步骤304，进行媒介通信自检，检查ICE数据通信的正确性，包括检查数据接收和数据发送等。

自检的具体步骤包括：

调试目标板30上电时，加载模块301发出连接标识，该连接标识可以是字符标识AB；

调试主机20中的加载监听主模块201、自检测试模块202接到AB后，发送响应标识CD；

加载模块301收到响应标识CD则再发出连接确认标识EF；

加载监听主模块201、自检测试模块202收到连接确认标识EF则表明数据通信正确，自检通过。

步骤305，加载监听主模块201判断是否自检出错，以及在自检出错时是否采用了自检强制方式，如果自检出错并且采用自检强制方式，调试主机20的加载监听主模块201会退出，执行步骤314；如果不使用自检强制方式则调试主机20将尽可能的忽略遇到的错误(如忽略ICE硬件ID错误等)；如果自检通过，执行步骤306。

所述步骤2进一步包括步骤306，自检通过后，调试主机20的加载监听模块201通过控制ICE驱动模块203，将所创建的目标程序传送到调试目标板30的加载模块301。

所述步骤3进一步包括：

步骤3061，由加载模块301将目标程序存放在由加载监听模块201所设定的，测试目标板30内存指定位置以进行加载。

步骤307，目标程序加载完毕后，加载模块301对加载数据进行校验，验证是否加载成功，如果校验错误，则退出此次执行，执行步骤314，以等待下一次执行，如果校验正确，继续执行步骤308。

步骤308，从调试目标板30的加载模块301跳转到目标程序入口地址，以执行目标程序，调试主机进行监听。

从加载模块301进入目标程序时，系统处于supervisor状态，SP寄存器有初始值(加载模块的堆栈设置在128M处)，即，目标程序初始状态和系统复位的状态相比，除有初始堆栈外，其它状态都是相同的。目标程序在执行时对系统有完全的控制权，即加载模块301不再会被执行，目标程序可以重新设置自己的堆栈(当然也可以使用加载模块留下来的堆栈)。

步骤309，判断执行过程是否产生异常，如果是，执行步骤310，以进入加载模块的异常处理模块，如果否，则继续执行步骤311。这样有助于目标定位目标程序的错误类型。

步骤310，异常处理。

为了帮助定位用户程序的错误，加载模块301中加入了简单的异常处理。当目标程序没有修改异常处理向量位置时(即向量开始于0xffff0000时)，加载模块301中的异常处理有效。此时，当目标程序触发了异常时，加载模块301中的异常处理程序会显示异常名称，并终止监听。

步骤3之后进一步包括：

步骤311，判断加载监听主模块是否设置有控制状态信息输出，如果是，执行步骤312，如果否，执行步骤313。

步骤312，在加载监听主模块201中显示目标程序运行的状态信息，包括运行进度、关键位置的系统状态信息等，以帮助进行错误分析。

步骤313，在加载监听主模块201中显示目标程序的输出。

使用参数-p设置字符前缀数字，如果输出结果的高24位与前缀数字高24位相等，则以字符方式显示输出结果的低8位。使用-x参数强制将所有接收到的数据全部以十六进制显示。

步骤314，判断是否执行下一个程序，如果否，则结束执行，如果是，执行步骤3061，并以批处理的方式加载和执行程序，且在程序结束时终止监听，并对系统进行复位。一般地，可以使用系统的Reset模块的软件复位功能进行复位，当Reset模块不可用时，可以设法将系统的状态恢复到复位时的状态，然后跳转到地址0xffff0000处执行。调试主机20的加载监听主模块201接收到0xDB将正常退出。一般地，简单的测试程序在程序结束时最好输出0xDB，并进入一个死循环。终止监听功能在一些特殊的程序中也很有用，如使用独立的主机端通信程序的OS-Loader，GDB-stub等。

下面以网络计算机FPGA开发板系统上进行Linux内核调试为应用实例，对本发明作进一步的说明。

网络计算机FPGA开发板系统包含一套完整的软件系统，包括底层的Bootloader和Linux内核，需加载在调试目标板上进行调试。在加载目标程序前，先在Bootloader和Linux代码中的关键位置加入用于收集程序系统状态信息的程序(例如通过一具备收集信息功能的函数实现)和结果输出函数(即，用于信息传送输出的程序)，以便运行时调试主机20能够进行监听；用UniCore工具链交叉编译目标程序，创建目标程序时采用映像文件格式，因为前述Bootloader和Linux内核这两个程序比较庞大，不便于ELF格式处理。

用户通过命令，利用加载监听主模块指定加载目标程序的各个参数，如目标程序的文件格式、目标程序加载到内存中的位置、目标程序的文件名、目标程序是否以十六进制格式打印输出结果、目标程序是否输出程序运行状态信息以及目标程序是否采用强制自检模式。

接下来，进行媒介通信自检，检查ICE数据通信的正确性，包括检查数据接收和数据发送等。调试目标板上电时加载模块301发出字符标识AB，调试主机中加载监听主模块接到AB后，会发送响应标识CD，接着加载模块301收到CD则再发出EF，加载监听主模块收到EF则表明数据通信正确，自检通过。

自检通过后加载目标程序Bootloader并验证加载是否正确，然后跳转到Bootloader入口处执行，此时调试主机开始监听Bootloader的执行情况。如果发生异常，进入加载模块301的异常处理模块，并将异常信息发送给调试主机的加载监听主模块。如果其中设置控制状态信息输出，则调试主机显示所有状态信息，以助于进行错误分析。Bootloader通过将在程序关键位置所收集的系统状态信息传送给调试主机，调试主机监听并显示给用户，使得用户能够清楚地了解程序运行的进度。传送数据可以采用字符模式，以便输出有意义的ASCII码字符串；也可以采用字模式，直接输出十六进制的数据。Bootloader调试运行完成之后，由加载模块继续加载Linux内核到一个安全的内存位置进行调试，其调试过程和方法与Bootloader的类似。

综上所述，本发明阐述了一种用于北大众志网络计算机平台板级调试的加载监听方法，通过在最终硬件环境的运行，能够避免了每次运行程序都将程序烧录到Flash后再运行，从而提供调试效率，特别适用于非标准新型体系结构硬件平台系统的调试。

以上描述的具体实施方式只是对本发明进行示例，本领域技术人员在不脱离本发明实质性思想的基础上进行各种修改得到的技术方案，均视为在本发明的范围之内。本发明适当的范围以权利要求书为准进行确定。

Claims (10)

1.网络计算机平台板级调试的在线加载监听方法，用于一调试主机针对一调试目标板的调试监听，其特征在于，包括：

步骤1，创建目标程序；

步骤2，所述调试主机通过ICE驱动模块将所述目标程序发送至所述调试目标板；

步骤3，所述调试目标板的加载模块加载并运行所述目标程序，所述调试主机进行监听，如果发现运行异常，所述加载模块执行异常处理。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2之前进一步包括：

所述调试主机的ELF加载模块确认所述目标程序的格式，将ELF格式的目标程序转换为映像格式。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2之前进一步包括：

所述调试主机与所述调试目标板之间执行通信自检的步骤，该步骤进一步包括：

所述调试目标板在上电时，发送连接标识至所述调试主机；

所述调试主机收到所述连接标识后，发送连接响应标识至所述调试目标板；

所述调试目标板发送连接确认标识至所述调试主机；

所述调试主机接收到所述连接确认标识，自检通过。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标程序包括用于系统状态信息收集的程序和用于信息传送输出的程序。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3之后进一步包括：

在所述调试主机中显示所述目标程序的运行状态信息。

6.网络计算机平台板级调试的在线加载监听系统，其特征在于，包括：

一调试主机以及一调试目标板；

所述调试主机进一步包括：加载监听主模块、ICE驱动模块、远程写模块；

所述加载监听主模块用于控制所述调试主机中的其他模块并对所述调试目标板进行监听；

所述ICE驱动模块用于实现所述调试主机与所述调试目标板之间的数据传输，传输一目标程序至所述调试目标板；

所述远程写模块用于向所述调试目标板发送数据；

所述调试目标板进一步包括一加载模块，用于加载以及运行所述目标程序，并在发现运行异常时执行异常处理。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述调试主机还包括一ELF加载模块，用于确认所述目标程序的格式，并将ELF格式的目标程序转换为映像格式。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述调试主机还包括一自检测试模块，用于执行所述调试主机与所述调试目标板之间的通信自检。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述目标程序包括用于系统状态信息收集的程序和用于信息传送输出的程序。

10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述加载模块用于在加载前，对所加载的数据进行校验，如果发现错误，退出，否则继续。

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