CN101814054A - 一种用于调试微控制器的指令追踪控制器 - Google Patents

Abstract

一种用于调试微控制器的指令追踪控制器，包括：调试控制寄存器，用于控制所述微控制器在调试模式与正常模式之间的切换；调试状态寄存器，接收所述微控制器回应的调试模式标志信号或正常模式标志信号；所述追踪计数器，用于设置调试程序的特征值，并根据自来所述微控制器的指令结束标志信号，将该追踪计数器的特征值的当前值减1；端口控制模块，该端口控制模块与所述追踪计数器、调试控制寄存器、调试状态寄存器、微控制器均为双向连接。本发明省略了内建追踪暂存模块，其电路结构简单、硬件成本低的优点。

Description

一种用于调试微控制器的指令追踪控制器

技术领域

本发明涉及微控制器在线仿真调试系统，特别是一种用于调试微控制器的指令追踪控制器。

背景技术

随着电子技术的发展，嵌入式系统已经广泛应用在电子通信、自动控制等领域。随着嵌入式系统的发展，其运算速度越来越快，存储容量也越来越大，在嵌入式系统中运行的程序也越来越庞大且更加复杂，程序运行时出现错误或缺陷几乎是不可避免的。因此，嵌入式系统中运行的程序编写完毕后，需要进行调试追踪，以便发现并消除缺陷或错误。

现有的用于追踪微控制器信息的技术，通常包括追踪指令和数据信息，所得到的被追踪信息被保存起来供开发者分析。现有的信息追踪技术都是相当复杂的，需要相当数量的电路以支持追踪操作，这是因为需要在微控制器执行每条指令时都用内建追踪暂存模块来保存被追踪信息。该内建追踪暂存模块一般采用先进先出缓冲器实现，当先进先出缓冲器填满数据时，需要舍弃新的追踪数据或覆盖旧的追踪数据。当我们对成本要求很高时，传统追踪方法并不适用，因为支持追踪操作所需的大量电路过于昂贵，性价比不高。

发明内容

本发明目的是提供一种用于调试微控制器的指令追踪控制器，该指令追踪控制器省略了内建追踪暂存模块，其电路结构简单、硬件成本低。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于调试微控制器的指令追踪控制器。

一种用于调试微控制器的指令追踪控制器，包括：调试控制寄存器、调试状态寄存器、追踪计数器、端口控制模块、第一与门、第二与门、或门、用于与参考值进行比较的比较器、非门；

所述调试控制寄存器，用于控制所述微控制器在调试模式与正常模式之间的切换，该调试控制寄存器根据来自外部的调试状态控制信号可输出第一调试模式请求信号；

所述调试状态寄存器，接收所述微控制器回应的调试模式标志信号或正常模式标志信号；当微控制器接收到调试模式请求，立即进入调试模式，且发送调试模式标志信号给调试状态寄存器；当微控制器接收到正常模式请求，立即进入正常模式，且发送正常模式标志信号给调试状态寄存器；该调试状态寄存器用于反映所述微控制器的当前模式状态并供外部查询；

所述追踪计数器，用于设置调试程序的特征值(N)，并根据所述第一与门的输出端信号，将该追踪计数器的当前值减1；

所述比较器，该比较器的一个输入端与所述追踪计数器的输出端连接；

所述非门，该非门的输入端与所述比较器的输出端连接；

所述第一与门，该第一与门一个输入端连接到所述非门的输出端，另一个输入端用于接收来自所述微控制器的指令结束标志信号，第一与门的输出端连接到所述追踪计数器的控制端，用于将追踪计数器的当前值减1；

所述第二与门，该第二与门一个输入端连接到所述比较器的输出端，另一个输入端用于接收来自所述微控制器的指令结束标志信号，第二与门的输出端用于输出第二调试模式请求信号；

所述或门，该或门一个输入端连接到所述调试控制寄存器的输出端输出的第一调试模式请求信号，另一个输入端连接到所述第二与门的输出端输出的第二调试模式请求信号，或门的输出端用于输出调试模式请求信号；

所述端口控制模块，该端口控制模块与所述追踪计数器、调试控制寄存器、调试状态寄存器、微控制器均为双向连接；其中，外部通过该端口控制模块向所述微控制器读取或写入微控制器状态信息。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述微控制器状态信息包含所述微控制器内程序计数器的信息、状态寄存器的信息、通用寄存器的信息。

2、上述方案中，所述参考值为0。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有省略了内建追踪暂存模块，其电路结构简单、硬件成本低的优点。我们只需要对追踪计数器设置调试程序的特征值N，就能实现执行N+1条指令后微控制器的信息追踪。我们不需要用内建追踪暂存模块来保存被追踪信息，而是在执行N+1条指令后，主机通过端口控制模块读取微控制器状态信息，在主机重组微控制器的状态，就能让用户得到微控制器的所有追踪调试信息。

附图说明

附图1为本发明用于调试微控制器的指令追踪控制器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：一种用于调试微控制器的指令追踪控制器

一种用于调试微控制器的指令追踪控制器，如附图1所示，包括：调试控制寄存器、调试状态寄存器、追踪计数器、端口控制模块、第一与门、第二与门、或门、用于与参考值进行比较的比较器、非门；

所述调试控制寄存器，用于控制所述微控制器在调试模式与正常模式之间的切换，该调试控制寄存器根据来自外部的调试状态控制信号可输出第一调试模式请求信号；

所述调试状态寄存器，接收所述微控制器回应的调试模式标志信号或正常模式标志信号；当微控制器接收到调试模式请求，立即进入调试模式，且发送调试模式标志信号给调试状态寄存器；当微控制器接收到正常模式请求，立即进入正常模式，且发送正常模式标志信号给调试状态寄存器；该调试状态寄存器用于反映所述微控制器的当前模式状态并供外部查询；

所述追踪计数器，用于设置调试程序的特征值N，并根据所述第一与门的输出端信号，将该追踪计数器的当前值减1；

所述比较器，该比较器的一个输入端与所述追踪计数器的输出端连接，另一个输入端与零值相连，该比较器输出端用于表示所述追踪计数器值为零；

所述非门，该非门的输入端与所述比较器的输出端连接，该非门的输出端用于表示所述追踪计数器值不为零；

所述第一与门，该第一与门一个输入端连接到所述非门的输出端，另一个输入端用于接收来自所述微控制器的指令结束标志信号，第一与门的输出端连接到所述追踪计数器的控制端，用于将追踪计数器的当前值减1；

所述第二与门，该第二与门一个输入端连接到所述比较器的输出端，另一个输入端用于接收来自所述微控制器的指令结束标志信号，第二与门的输出端用于输出第二调试模式请求信号；

所述或门，该或门一个输入端连接到所述调试控制寄存器的输出端输出的第一调试模式请求信号，另一个输入端连接到所述第二与门的输出端输出的第二调试模式请求信号，或门的输出端用于输出调试模式请求信号；

所述端口控制模块，该端口控制模块与所述追踪计数器、调试控制寄存器、调试状态寄存器、微控制器均为双向连接；其中，外部通过该端口控制模块向所述微控制器读取或写入微控制器状态信息。

所述微控制器状态信息包含所述微控制器内程序计数器的信息、状态寄存器的信息、通用寄存器的信息。

所述参考值为0。

本实施例上述内容具体解释如下。

上述用于调试微控制器的指令追踪控制器，包括端口控制模块。主机有集成开发环境(IDE，integrated develop environment)软件，通过并口与端口控制模块相通讯，读写指令追踪控制器和微控制器内的相关寄存器。从发现程序错误、支持校正工作的角度看，调试功能是指在追踪程序、到达指定行或存取预先设定的地址、数据时，停止执行程序，将其通知有集成开发环境软件的主机。指令追踪控制器监测到微控制器执行了指定一段程序后，向微控制器发送调试模式请求信号，当微控制器进入调试模式后，会回应一个调试模式标志信号，然后主机的集成开发环境软件就可以读取微控制器的状态信息，具体包含微控制器内程序计数器PC的信息、状态寄存器PSR的信息、通用寄存器R0～R15的信息供开发者分析，看这段程序执行是否正确，如果错误，再确定是什么类型的错误然后进行纠正。

下面具体讲解指令追踪控制模块是如何追踪指令：

步骤一：主机的集成开发环境软件通过端口控制模块写调试控制寄存器，让调试控制寄存器发送第一调试模式请求信号，通过或门向微控制器发送调试模式请求信号。然后主机的集成开发环境软件一直监测调试状态寄存器，查看是否有调试模式标志信号。当微控制器接收到调试模式请求信号，会立即进入调试模式且回应调试模式标志信号。如果主机的集成开发环境软件监测到调试状态寄存器已接收调试模式标志信号，那么进入步骤二。

步骤二：此时微控制器已在调试模式，主机的集成开发环境软件通过端口控制模块写追踪计数器，让追踪计数器的值为N。然后通过端口控制模块写微控制器状态信息即所要调试程序的初始状态，决定微控制器进入正常模式后开始执行指令的程序地址即程序计数器PC值，以及状态寄存器PSR和通用寄存器R0～R15的值，因为微控制器的状态信息包括这3种信息。

步骤三：此时微控制器仍在调试模式，主机的集成开发环境软件通过端口控制模块写调试控制寄存器，让调试控制寄存器发送正常模式请求，然后集成开发环境软件开始监测调试状态寄存器，查看是否有调试模式标志信号。当微控制器进入正常模式后，开始执行指定地址开始的一段程序。微控制器每执行完一条指令，会有一个指令结束标志信号。指令追踪控制器每接收到一个指令结束标志信号，并且追踪计数器当前值不等于0即非门的输出信号表示追踪计数器当前值不为0时，就会通过第一与门让追踪计数器减1，直到追踪计数器当前值等于0。当追踪计数器当前值等于0，且再来一个指令结束标志信号时(此时执行了N+1条指令)，通过第二与门得到第二调试模式请求信号，再通过或门向微控制器发送调试模式请求。微控制器接收到调试模式请求后，立即进入到调试模式，且回应调试模式标志信号。因为主机的集成开发环境软件一直在监测调试状态寄存器，所以如果发现了调试模式标志信号，就可以进入步骤四。

步骤四：微制器已在调试模式，主机的集成开发环境软件可以通过端口控制模块从微控制器中读取微控制器状态信息，在主机重组微控制器的状态，产生该微控制器的追踪调试信息，以检测这段程序执行后的微控制器状态是否与预期的状态一致。如果一致，表明这段程序没有错误，可以继续追踪其他程序；如果不一致，表明这段程序发生错误，再将这段程序分为更小段的程序，以确定出错的具体地方。

下面以一段程序为例做进一步说明。

PC       指令内容        指令说明

200：    movi PSR，1     //让PSR等于1

202：    movi R1，1      //让R1等于1

204：    movi R2，2      //让R2等于2

206：    movi R3，3      //让R3等于3

208：    movi R4，4      //让R4等于4

20a：    movi R5，5      //让R5等于5

20c：    movi R6，6      //让R6等于6

20e：    movi R7，7      //让R7等于7

210：    movi R8，8      //让R8等于8

212：    movi R9，9      //让R9等于9

214：    movi R10，10    //让R10等于10

216：    movi R11，11    //让R11等于11

218：    movi R12，12    //让R12等于12

21a：    movi R13，13    //让R13等于13

21c：    movi R14，14    //让R14等于14

21e：    movi R15，15    //让R15等于15

此段程序的PC值从200开始到21e，用户先执行整段程序，得到“PC＝220，PSR＝1，R1＝1，R2＝2，R3＝3，R4＝4，R5＝0，R6＝6，R7＝7，R8＝R8，R9＝9，R10＝10，R11＝11，R12＝12，R13＝13，R14＝14，R15＝3”，与预期的“PC＝220，PSR＝1，R1＝1，R2＝2，R3＝3，R4＝4，R5＝5，R6＝6，R7＝7，R8＝R8，R9＝9，R10＝10，R11＝11，R12＝12，R13＝13，R14＝14，R15＝15”不一致(R5和R15与预期的不一致)，表明这段程序发生错误。可将这段程序分成4个小段：PC值为200～206，208～20c，20e～216，218～21e。

我们首先追踪第一小段程序：PC值为200～206。此小段程序有4条指令。

步骤一：写调试控制寄存器让微控制器进入调试模式。

步骤二：写追踪计数器为3。写微控制器状态信息：PC＝200，PSR＝0，R0～R15均为0。

步骤三：写调试控制寄存器让微控制器进入正常模式，微控制器从PC值为200的地方开始执行程序。执行完“movi PSR，1”后，微控制器发送指令结束标志，则追踪计数器减1，等于2。执行完“movi R1，1”后，微控制器发送指令结束标志，则追踪计数器减1，等于1。执行完“movi R2，2”后，微控制器发送指令结束标志，则追踪计数器减1，等于0。执行完“movi R3，3”后，微控制器发送指令结束标志，因为此时追踪计数器已经为0，则不再减1，但是会通过第二与门和或门向微控制器发送调试模式请求。微控制器接收到调试模式请求后，立即进入到调试模式，且回应调试模式标志信号。集成开发环境软件通过调试状态寄存器监测到调试模式标志信号，进入步骤四。

步骤四：读微控制器状态信息，得到“PC＝208，PSR＝1，R1＝1，R2＝2，R3＝3，R4～R15均为0”，与预期的一致，表明此小段程序正确。

我们接着追踪第二小段程序：PC值为208～20c，此小段程序有3条指令。

省略步骤一，因为此时微控制器已经在调试模式。

步骤二：写追踪计数器为2。写微控制器状态信息：PC＝208，PSR＝1，R1＝1，R2＝2，R3＝3，R4～R15均为0。

步骤三：写调试控制寄存器让微控制器进入正常模式，微控制器从PC值为208的地方开始执行程序。执行完“movi R4，4”后，微控制器发送指令结束标志，则追踪计数器减1，等于1。执行完“movi R5，5”后，微控制器发送指令结束标志，则追踪计数器减1，等于0。执行完“movi R6，6”后，微控制器发送指令结束标志，因为此时追踪计数器已经为0，则不再减1，但是会通过第二与门和或门向微控制器发送调试模式请求。微控制器接收到调试模式请求后，立即进入到调试模式，且回应调试模式标志信号。集成开发环境软件通过调试状态寄存器监测到调试模式标志信号，进入步骤四。

步骤四：读微控制器状态信息，得到“PC＝20e，PSR＝1，R1＝1，R2＝2，R3＝3，R4＝4，R5＝0，R6＝6，R7～R15均为0”，与预期的“PC＝20e，PSR＝1，R1＝1，R2＝2，R3＝3，R4＝4，R5＝5，R6＝6，R7～R15均为0”不一致(即R5与预期值不一致)，表明此小段程序出现错误。

我们再将PC值为208～20c这段程序细分为：PC值为208～20a，PC值为20c。我们先追踪PC值为208～20a这小段。

省略步骤一，因为此时微控制器已经在调试模式。

步骤二：写追踪计数器为1。写微控制器状态信息：PC＝208，PSR＝1，R1＝1，R2＝2，R3＝3，R4～R15均为0。

步骤三：写调试控制寄存器让微控制器进入正常模式，微控制器从PC值为208的地方开始执行程序。执行完“movi R4，4”后，微控制器发送指令结束标志，则追踪计数器减1，等于0。执行完“movi R5，5”后，因为此时追踪计数器已经为0，则不再减1，但是会通过第二与门和或门向微控制器发送调试模式请求。微控制器接收到调试模式请求后，立即进入到调试模式，且回应调试模式标志信号。集成开发环境软件通过调试状态寄存器监测到调试模式标志信号，进入步骤四。

步骤四：读微控制器状态信息，得到“PC＝20c，PSR＝1，R1＝1，R2＝2，R3＝3，R4＝4，R5＝5，R6～R15均为0”，与预期的一致，表明此小段程序正确。那么我们能确定错误出现在下一条指令“movi R6，6”。由之前的信息“执行PC值为208～20c的程序时R5出现错误”我们可以确定，执行指令“moviR6，6”会让R5为0且R6为6。这是第一处错误。

因为执行整段程序时还发现了R15出错，所以我们还要继续按照前面的方法追踪PC值为20e～216，218～21e的程序，直到确定第二处错误在哪。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于调试微控制器的指令追踪控制器，其特征在于：包括：调试控制寄存器、调试状态寄存器、追踪计数器、端口控制模块、第一与门、第二与门、或门、用于与参考值进行比较的比较器、非门；

所述调试控制寄存器，用于控制所述微控制器在调试模式与正常模式之间的切换，该调试控制寄存器根据来自外部的调试状态控制信号可输出第一调试模式请求信号；

所述调试状态寄存器，接收所述微控制器回应的调试模式标志信号或正常模式标志信号；当微控制器接收到调试模式请求，立即进入调试模式，且发送调试模式标志信号给调试状态寄存器；当微控制器接收到正常模式请求，立即进入正常模式，且发送正常模式标志信号给调试状态寄存器；该调试状态寄存器用于反映所述微控制器的当前模式状态并供外部查询；

所述追踪计数器，用于设置调试程序的特征值(N)，并根据所述第一与门的输出端信号，将该追踪计数器的当前值减1；

所述比较器，该比较器的一个输入端与所述追踪计数器的输出端连接；

所述非门，该非门的输入端与所述比较器的输出端连接；

所述第一与门，该第一与门一个输入端连接到所述非门的输出端，另一个输入端用于接收来自所述微控制器的指令结束标志信号，第一与门的输出端连接到所述追踪计数器的控制端，用于将追踪计数器的当前值减1；

所述第二与门，该第二与门一个输入端连接到所述比较器的输出端，另一个输入端用于接收来自所述微控制器的指令结束标志信号，第二与门的输出端用于输出第二调试模式请求信号；

所述或门，该或门一个输入端连接到所述调试控制寄存器的输出端输出的第一调试模式请求信号，另一个输入端连接到所述第二与门的输出端输出的第二调试模式请求信号，或门的输出端用于输出调试模式请求信号；

所述端口控制模块，该端口控制模块与所述追踪计数器、调试控制寄存器、调试状态寄存器、微控制器均为双向连接；其中，外部通过该端口控制模块向所述微控制器读取或写入微控制器状态信息。

2.根据权利要求1所述的指令追踪控制器，其特征在于：所述微控制器状态信息包含所述微控制器内程序计数器的信息、状态寄存器的信息、通用寄存器的信息。

3.根据权利要求1或2所述的指令追踪控制器，其特征在于：所述参考值为0。

Images