CN106445808A - 一种具有控制程序单步调试功能的仿真器 - Google Patents

一种具有控制程序单步调试功能的仿真器 Download PDF

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赵满怀
刘俊
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    • G06F11/3648—Software debugging using additional hardware
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Abstract

本发明公开了一种具有控制程序单步调试功能的仿真器，涉及到芯片仿真和安全调试技术领域。本发明的仿真器，包括软件管理模块和仿真器硬件模块。软件管理模块发送调试命令，仿真器硬件模块解析调试命令，若当前命令是调用安全程序区的指令，则仿真器硬件模块一直执行安全程序区指令，直到返回用户程序区(非安全)的指令时停止，软件管理模块停到用户程序区的下条指令处；若当前命令是用户程序区的指令，则仿真器硬件模块执行完本条指令后停止，软件管理模块停到用户程序区的下条指令处。本发明的仿真器，非权限用户只能调用安全区程序，无法查看安全程序区的指令/数据；禁止非权限用户通过单步调试，跟踪安全程序区的算法流程，达到保护软件知识产权的目的。

Description

一种具有控制程序单步调试功能的仿真器
技术领域
本发明涉及一种芯片仿真器，特别涉及一种具有控制程序单步调试功能的仿真器。
背景技术
现有的仿真器多是以FPGA仿真芯片功能，使用JTAG IEEE1149.1标准和处理器片上调试技术，通过在芯片硬件中增加调试功能，来实现芯片仿真器。这类仿真器大都支持软件调试、单步执行指令的功能，对提前开发软件和解决软件设计缺陷有很大的帮助。
用户通过仿真器IDE(集成开发环境)界面，下载程序到仿真器硬件上，进入IDE调试界面进行程序的调试。通过设置PC值，或执行程序调用，跳转到相应的程序入口处。若当前执行的是赋值命令，仿真器硬件执行当前指令返回CPU状态信息，IDE调试界面停止到下一条指令语句处，并更新当前显示窗口的信息；若当前执行的是函数命令，单步命令之后IDE调试界面停止到被调函数的首条指令处，并更新显示窗口信息。用户使用IDE的单步调试命令，可以方便分析程序执行流程，发现程序执行中的异常现象，快速定位并解决程序设计中的问题。
在金融应用开发方面，由于其产品的高安全性要求，对于芯片厂家和芯片平台用户，使用仿真器，需要保护各自的安全算法和安全配置流程，允许非权限用户调用安全算法API及安全配置API，不允许非权限用户通过单步调试命令，进入到此类API函数中，获取安全数据。
为了满足金融应用开发在仿真器安全功能的需要，本发明通过程序区权限定义，在单步执行程序时可以控制单步调试功能。仿真器中定义了安全区和用户区权限，安全区程序具有不可单步调试权限，芯片厂家或芯片平台用户的程序存放在安全区，非权限用户只能调用安全区程序函数，不能进行程序反汇编和单步跟踪分析。
发明内容
本发明所解决的技术问题是，如何设计一种具有控制程序单步调试功能的仿真器。
本发明的仿真器包括软件管理模块和仿真器硬件模块。
软件管理模块，与仿真器硬件模块相连，实现软件管理功能，向仿真器硬件模块发送调试命令或其它管理命令。
仿真器硬件模块，包括调试模块、程序区权限控制模块和芯片仿真模块。
调试模块，与软件管理模块相连，实现软件管理模块调试命令的接收和响应；调试模块与芯片仿真模块中的CPU处理器模块相连，传递调试指令给CPU处理器执行；调试模块与程序区权限控制模块相连，通过调试控制信号进行程序调试控制；
程序区权限控制模块，连接到芯片仿真模块中的程序存储器上，检测当前调试指令的数据，对当前指令的调试权限进行判断，输出调试控制信号；
芯片仿真模块，实现芯片的功能仿真，其中的CPU处理器模块与调试模块、程序存储器连接，实现芯片功能仿真和调试命令执行；
程序权限信息区，定义每个程序区的权限，通过权限配置通路完成程序区权限控制模块的权限配置。
仿真器在软件管理模块执行调用安全程序区命令时，不能单步进入安全区程序，且通过显示窗口无法查看安全区程序指令/数据；当软件管理模块执行用户区程序命令时，可以进行单步调试，且在窗口中能查看用户区程序指令/数据。
仿真器中的调试控制信号控制调试功能，当调试控制信号为高电平时，当前地址指令不可单步调试；当调试控制信号为低电平时，当前地址指令可以单步调试。
仿真器调试控制信号，若为一根信号，可表示为单步调试可读或不可单步调试不可读；若为两根信号时，分别是可读控制信号和单步调试信号。
仿真器中的程序区权限控制模块，依据程序权限信息区的权限定义，对从程序存储器输出的指令，进行调试访问权限判断，并输出调试控制信号。
仿真器程序区权限控制模块的权限配置，既可以是芯片的默认值，也可以配置权限。在仿真器硬件初始化过程中，通过权限配置通路完成程序区权限控制模块的权限配置。
仿真器中的程序存储器被划分为用户程序区和安全程序区，且与程序权限信息区的定义一一对应。
附图说明
图1是具有控制程序单步调试功能的仿真器结构图。
图2是单步调试流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明仿真器进行详细说明。
如图1所示,给出具有控制程序单步调试功能的仿真器结构图。仿真器1包括软件管理模块2和仿真器硬件模块3。
软件管理模块2，与仿真器硬件模块3相连，实现软件管理功能，向仿真器硬件模块3发送调试命令或其它管理命令。
仿真器硬件模块3，包括调试模块4、程序区权限控制模块5和芯片仿真模块6。
调试模块4，与软件管理模块相连2，实现软件管理模块2调试命令的接收和响应；调试模块4与芯片仿真模块6中的CPU处理器模块7相连，输出调试指令给CPU处理器执行；调试模块4与程序区权限控制模块5相连，通过调试控制信号10的输入进行程序调试控制；
程序区权限控制模块5，连接到芯片仿真模块6中的程序存储器8上，检测当前调试指令的数据，对当前指令的调试权限进行判断，输出调试控制信号10；
芯片仿真模块6，实现芯片的功能仿真，其中的CPU处理器模块7与调试模块4、程序存储器连接8，实现芯片功能仿真和调试命令执行；其中的程序权限信息区9定义每个程序区的权限，通过权限配置通路11完成程序区权限控制模块5的权限配置。
程序权限信息区9，由仿真器生产厂家依据用户需求，对权限定义值定义配置，非权限用户无法修改程序权限信息区9的数值。
如图2所示,给出仿真器单步调试流程示意图，在程序单步调试过程中，依据程序区权限分别执行单步调试和单步不可调试流程。具体操作步骤如下：
步骤1，仿真器软件管理模块发送调试命令，通过通信接口传输到仿真器硬件模块；
步骤2，仿真器硬件模块中的调试模块，解析调试命令，并传递单步调试指令给CPU处理器模块；
步骤3，CPU处理器模块取指令的过程中，程序区权限控制模块对当前指令进行权限判断。若当前指令在安全区，进入步骤4；若当前指令在用户区，则进入步骤5；
步骤4，CPU处理器模块执行完单步指令后，跳转到步骤3；
步骤5，CPU处理器模块执行完单步命令；
步骤6，CPU状态信息返回给仿真器软件管理模块，软件管理模块更新窗口显示信息，单步调试命令完成。

Claims (7)

1.一种具有控制程序单步调试功能的仿真器，其特征在于，所述仿真器由软件管理模块和仿真器硬件模块两部分组成，软件管理模块与仿真器硬件模块相连，实现软件管理功能，向仿真器硬件模块发送调试命令或其它管理命令，仿真器硬件模块包括调试模块、程序区权限控制模块、芯片仿真模块和程序权限信息区，其中：
调试模块，与软件管理模块相连，实现软件管理模块调试命令的接收和响应；调试模块与芯片仿真模块中的CPU处理器模块相连，传递调试指令给CPU处理器执行；调试模块与程序区权限控制模块相连，通过调试控制信号进行程序调试控制；
程序区权限控制模块，连接到芯片仿真模块中的程序存储器上，检测当前调试指令，对当前指令的调试权限进行判断，输出调试控制信号；
芯片仿真模块，实现芯片的功能仿真，其中的CPU处理器模块与调试模块、程序存储器连接，实现芯片功能仿真和调试命令执行；
程序权限信息区，定义每个程序区的权限，通过权限配置通路完成程序区权限控制模块的权限配置。
2.根据权利要求1所述的一种具有控制程序单步调试功能的仿真器，其特征在于，当所述软件管理模块执行调用安全程序区命令时，不能单步进入安全区程序，且通过显示窗口无法查看安全区程序指令/数据；当所述软件管理模块执行用户区程序命令时，可以进行单步调试，且在窗口中能查看用户区程序指令/数据。
3.根据权利要求1所述的一种具有控制程序单步调试功能的仿真器，其特征在于，所述仿真器硬件模块中的调试控制信号控制调试功能，当调试控制信号为高电平时，当前地址指令不可单步调试；当调试控制信号为低电平时，当前地址指令能单步调试。
4.根据权利要求1所述的一种具有控制程序单步调试功能的仿真器，其特征在于，所述仿真器硬件模块中的调试控制信号，若为一根信号，表示单步调试可读或不可单步调试不可读；若为两根信号时，分别是可读控制信号和单步调试信号进行调试控制。
5.根据权利要求1所述的一种具有控制程序单步调试功能的仿真器，其特征在于，所述程序区权限控制模块，依据程序权限信息区的权限定义，对从程序存储器输出的指令，进行调试访问权限判断，并输出调试控制信号。
6.根据权利要求1所述的一种具有控制程序单步调试功能的仿真器，其特征在于，在仿真器硬件初始化过程中，通过权限配置通路完成对所述程序区权限控制模块的权限配置，这里的权限配置指芯片默认配置，或用户重定义配置。
7.根据权利要求1所述的一种具有控制程序单步调试功能的仿真器，其特征在于，所述程序存储器被划分为若干个用户程序区和安全程序区，且与程序权限信息区的定义一一对应。
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