KR20050063023A - 제이티에이지를 이용한 임베디드 시스템의 디버깅 장치 및방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 임베디드 시스템의 하드웨어 디버깅에 관한 것으로, JTAG포트를 구비하고 있는 임베디드 시스템을 피시만을 이용하여 디버깅하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명의 JTAG을 이용한 임베디드 시스템의 디버거는, 임베디드 시스템의 특성에 따라 타겟에서 직접 디버깅을 할 수 없으므로 호스트와 타겟으로 이루어지는 원격 디버깅 환경으로 구성되어 있다. 임베디드 시스템 디버거는 원격 디버깅을 위해 호스트 시스템에 설치되는 디버거 에이전트와 타겟 시스템에 있는 시피유에 설치되는 디버거 핸들러, 그리고 호스트와 타겟을 물리적으로 연결해 주는 JTAG 어댑터로 구성되어 있으며, 디버거 에이전트는 개발자에게 사용상의 편의를 보장하기 위해 GDB(GNU Debugger)와 연동되어 사용 될 수 있게 하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

제이티에이지를 이용한 임베디드 시스템의 디버깅 장치 및 방법{Embedded System Debugger based on JTAG Interface and the Method}

본 발명은 임베디드 시스템의 하드웨어 디버깅에 관한 것이며, 보다 상세히는 임베디드 시스템에 대한 개발도구로서 JTAG 포트를 구비하고 있는 임베디드 시스템을 피시만을 이용하여 디버깅하기 위한 JTAG을 이용한 임베디드 시스템의 디버깅 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

임베디드 소프트웨어는 처음에는 간단한 제어 프로그램만으로 산업용 기기를 제어하는 데 그쳤지만 최근에는 군사용 제어기기, 디지털 정보기기, 가전기기, 자동 센서 장비 등의 폭넓은 분야에 사용되고 있으며, 이러한 임베디드 소프트웨어는 타겟 시스템의 자원과 타이밍에 민감하여 실제 타겟 시스템과 동일한 환경에서 디버깅해야 하는 어려움이 있다.

특히 메모리나 입출력 장치 등과 같은 모듈들을 하나의 프로세서에 집적한 SoC (System-On-a-Chip)는 내부 신호나 자원에 대한 접근이 제한되어 디버깅을 더욱 힘들게 한다.

이러한 임베디드 시스템 디버깅은 임베디드 시스템의 특성에 따라 타겟에서 직접 디버깅을 할 수 없으므로 호스트와 타겟으로 이루어지는 원격 디버깅 환경으로 구성되어 있다. 현재 사용되고 있는 디버깅 장치로써는 프로세서 자체에서 제공되는 디버깅 모듈을 이용하여 임베디드 소프트웨어를 디버깅하기 위한 장치가 존재한다. 이러한 장치들은 특정한 추가적인 하드웨어를 요구하며 유연한 디버깅을 제공하지 않는다. 종래에는 다음과 같은 기술이 있으며 여기서는 이들을 gdb를 지원하는 장치와 독립적으로 동작하는 장치로 구분하여 분석한다.

Gdb를 지원하는 장치는 다음과 같은 것들이 있다. PowerPC 기반의 하드웨어 시스템을 디버깅하기 위해서 Engineering Support Processor (ESP)를 사용한다. ESP는 JTAG 인터페이스를 통하여 칩에 접근하고 제어한다. ESP를 사용하여 사용자는 타겟 시스템을 시작하거나 중지시킬 수 있고, 레지스터나 메모리에 접근할 수 있다. 그러나 ESP만을 사용한다면 C와 같은 고급 언어로 작성된 프로그램을 소스수준에서 디버깅하기가 어렵다. 그러므로 본 연구는 ESP와 GNU 디버거인 gdb를 사용하는 메카니즘을 개발한다. 이런 메카니즘은 GDBserver라는 프로그램에 의해서 구현되었다. GDBserver는 호스트 gdb와 ESP의 연결자 역할을 하는 프로그램이다. host-GDB의 디버깅 디렉티브는 GDB 리모트 시리얼 프로토콜을 거쳐 GDBserver에 의해서 ESP 명령어로 변환된다. 그 변환된 명령어는 EZsocket 인터페이스를 지나 ESP로 전달되고 ESP에 의해서 실행된다. GDBserver로부터 받은 명령어와 함께 ESP는 자체 GUI 환경에 의해서 통제될 수 있다. 이러한 백도어를 통해서 GDB에서 지원되지 않은 특별한 레지스터의 접근이 가능하다.

독립적으로 동작하는 디버깅 장치에는 다음과 같은 것들이 있다. Xray, PathFinder, Trace32 등과 같은 장치는 통합 환경의 사용자 인터페이스는 프로그램의 개발과 디버깅을 용이하게 한다. 하지만, 이러한 도구들은 경제적인 부담이 높아 활용도가 낮다. Xray는 MentorGraphics사에서 개발한 제품으로 코드작성, 컴파일, 다운도드, 디거그 사이클을 하나의 IDE툴로 가능하게 했다. 멀티 타겟과 멀티 코어 디버깅을 지원은 복잡한 임베디드 응용 프로그램의 쉬운 이해를 도와준다. 독특한 “window-per-task"와 "window-per-board” 사용자 인터페이스는 멀티태스킹과 멀티프로세싱 그리고 멀티보드 응용 프로그램의 디버깅을 간소화시킨다. 또한 C++ 디버깅을 강화하여 객체지향 응용프로그램의 개발을 향상시키며, 시뮬레이션과 에뮬레이션 그리고 멀티태스크 디버깅에 대한 일반적인 인터페이스를 제공한다.

또한, PathFinder가 있다. PathFinder는 모든 Ashling 에뮬레이터를 위한 C 소스 레벨 디버거이다. 이것은 다중 윈도우, point and click, drag and drop, hover data display, 윈도우 분할, 메뉴 막대, 버튼, 단축키, 스크립트 파일 제어기능을 갖고 있으며, 모든 32비트 버전의 윈도우에서 실행된다. PathFinder의 객체 지향형 모니터링 시스템과 편집 시스템은 논리적이고 친숙한 Win2000 표시 방법인 tree 구조의 cleck to expand 방식으로 코어와 coprocessor의 모든 레지스터와 비트, 레지스터 세트, 메모리 영역들을 액세스한다.

또한, Trace32 가 있다. Trace32는 lauterbach에서 개발한 도구이다. Treace32 가장 큰 특징은 RTOS의 디버깅을 지원한다는 것이다. RTOS 디버깅을 위해 프로세스의 실행 시간에 대한 통계자료와 그래픽 디스플레이를 지원하며, 수행 중에 특정 함수가 얼마나 수행되는 지를 평가하여 보고하며, 프로세스 상태를 그래픽하게 보여준다. 그리고 수행 중인 프로세스를 선택해서 디버깅할 수 있는 기능도 제공한다.

임베디드 소프트웨어는 타겟 시스템의 자원과 타이밍에 민감하므로 타겟 시스템과 동일한 환경에서 디버깅을 해야한다. 특히 SoC 시스템은 내부 신호와 자원에 대한 접근이 제한되어 있어 디버깅을 더욱 어렵게 한다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 안정된 임베디드 소프트웨어의 개발을 위하여 임베디스 시스템 또는 SoC에서 수행되는 임베디드 소프트웨어를 JTAG 포트를 이용하여 효과적으로 디버깅하는 실용적인 도구를 개발할 수 있도록 하고, 특히 피시만을 이용하여 저렴한 가격으로 임베디드 시스템에 있는 소프트웨어를 디버깅할 수 있도록 하는 JTAG를 이용한 임베디드 시스템의 디버깅 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 JTAG를 이용한 임베디드 시스템의 디버깅 장치는, 임베디드 시스템의 특성에 따라 타겟에서 직접 디버깅을 할 수 없으므로 호스트와 타겟으로 이루어지는 원격 디버깅 환경으로 구성되어 있다.

또한, 임베디드 시스템 디버거는 원격 디버깅을 위해 호스트 시스템에 설치되는 디버거 에이전트와 타겟 시스템에 있는 시피유에 설치되는 디버거 핸들러, 그리고 호스트와 타겟을 물리적으로 연결해 주는 JTAG 어댑터로 구성되어 있으며, 디버거 에이전트는 개발자에게 사용상의 편의를 보장하기 위해 GDB(GNU Debugger)와 연동되어 사용 될 수 있게 하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 디버깅 시스템의 전체 구성도로서, 디버그 에이전트는 서버/클라이어트 모델과 단독 수행 모델의 두 방법으로 수행될 수 있다.

소스 수준의 디버깅을 위해 디버그 에이전트는 TCP/IP로 GDB와 연결될 수 있고, 이때 둘 간의 통신은 GDB 리모트 시리얼 프로토콜을 사용한다. 디버그 에이전트에서는 GDB에서 전송받은 메시지들을 분석하여 해당 JTAG 명령어로 변환하여 타겟 시스템의 디버그 핸들러에게 전송하는 데, 이때 호스트 시스템과 타겟 시스템의 통신 인터페이스가 다르므로 이를 중계하기 위한 JTAG 아답터를 사용한다. 타겟 시스템으로 전달된 디버깅 작업에 따라 디버그 핸들러는 해당 프로그램의 디버깅을 수행하고 결과를 호스트 시스템으로 전송한다. 타겟에서 전송받은 디버깅 결과는 디버그 에이전트에서 GDB가 인식하는 메시지로 변환하여 GDB로 전송되어 개발자에게 보이게 된다.

도 2에서 보여지는 바와 같이, 디버그 에이전트는 입력으로 GDB에서 전달된 메시지와 사용자가 직접 프롬프트에서 입력한 값을 가진다.

EventSelector는 이를 구분하여 해당하는 모듈로 제어를 넘기게 된다. 입력이 GDB 원격 시리얼 프로토콜의 메시지일 경우에 RemoteGDB가 수행되며, 이 곳에서 메시지를 분석하여 적절한 행위를 PseudoCPU로 전송한다. 사용자가 직접 입력한 명령어는 ReadLine에서 분석되며 적절한 행위를 PseudoCPU로 전송하게 된다. 작업을 넘겨받은 PseudoCPU는 해당 작업에 해당하는 JTAG 인터페이스로 변환하여 패러럴포트를 통해 타겟에 전달한다. EventSelector, RemoteGDB와 ReadLine은 타겟 시스템에 독립적인 모듈들이고, PseudoCPU와 JTAGController는 타겟 시스템에 종속적인 부분이다. 따라서 본 도구의 타겟 시스템에 종속적인 부분을 대체하면 다른 시스템에도 적용이 가능하게 되어 확장성이 용이하다.

JTAG 아답터는 호스트 시스템의 패러럴포트와 타겟 시스템의 JTAG 포트를 중계하기 위해 고안된 하드웨어 장비이며, 도 3에 그 장치의 회로도를 기술하였다.

삼-상태 버퍼인 MC74AC244DW IC를 두 개 사용한 것은 패러럴 포트의 전압과 JTAG 포트의 전압이 서로 일치하지 않아 이를 중계하기 위한 것이다. 또한 버퍼를 사용함으로써 두 포트간의 전송속도 차이에 따른 데이터의 손실을 방지할 수 있다. 그리고 AC 타입의 IC는 전송속도가 빨라 본 발명과 같이 전송속도에 민감한 도구에 적합하다.

도 4a는 GDB와 본 발명의 디버그 에이전트가 접속하는 신호 절차도로서, GDB는 target remote 명령을 사용하여 본 도구의 디버그 에이전트에 접속한다.

이때 GDB는 필요한 정보들을 디버그 에이전트에 요구한다. 먼저 모든 스레드들에 대해서 디버깅 작업이 시작됨을 알리고, 현재 스레드 ID를 요구한다. 요구된 스레그 ID에 해당하는 데이터부와 코드부에 대한 오프셋을 가져온 후에, 타겟 시스템을 종료시킨 마지막 신호를 찾는다. 다음 연산을 위해 현재 스레드를 설정하고 현재 타겟 시스템의 레지스터 내용을 가져오고, 마지막으로 메모리 내용을 요청한다. GDB에서 요청한 메모리 내용은 디버그 에이전트에서는 알 수 없으므로 타겟 시스템에 접근하여 해당 메모리의 값을 가져와야 한다. 이때 DBGRX 명령을 전송하여 디버그 핸들러에게 RX 레지스터를 준비시켜 놓은 후에 g 명령과 해당 메모리 주소값을 전송하여 메모리 내용을 가져온다.

GDB가 디버그 에이전트와 연결이 되면, 디버깅하기 위한 프로그램을 타겟 시스템으로 다운로드 해야 한다. 이때 사용하는 GDB 명령어인 “load”가 수행되면 GDB는 디버그 에이전트에서 특정 메모리 위치에 프로그램을 다운로드할 것을 명령하고, 디버그 에이전트는 DBGRX 명령을 먼저 보낸다. 타겟 시스템이 RX 레지스터를 준비하면, 디버그 핸들러에게 ‘p’명령과 프로그램이 저장될 첫 번째 주소값 그리고 프로그램 데이터를 전송하여 디버그 핸들러로 하여금 전달받은 값들을 참조하여 프로그램을 메모리에 작성하도록 하고 마지막으로 PC값을 프로그램의 시작 위치로 옮긴다. 프로그램의 다운로드가 완료되면 프로그램의 소스에 중지점을 설정한다. 이는 GDB 자체에서만 설정되는 명령으로 디버그 에이전트와의 통신은 없다. 이 신호의 흐름은 도 4b에 도시되어 있다.

도 4c는 GDB의 continue 명령에 대한 신호 절차도로서, 디버깅하고자 하는 프로그램의 소스에 중지점을 설정한 후에, continue 명령을 사용하여 설정해 좋은 중지점까지 프로그램을 실행시킨다. 이때 중지점이 설정된 메모리 위치를 먼저 전송하여 해당 메모리 주소의 내용을 전송받는다. 그런 후, 중지점이 설정된 메모리 주소에 TRAP 명령을 기록한다. 그런 후에 현재 PC의 값부터 TRAP으로 치환된 곳인 중지점까지 프로그램을 수행시킨다.

도 4d는 GDB와 디버깅 작업을 종료할 경우의 신호 절차도로서, GDB가 디버깅 작업을 종료할 경우는 “detach”명령을 사용하고, 이는 디버그 에이전트로 하여금 TCP/IP의 연결을 해제하게 하나 타겟 시스템의 디버그 핸들러는 여전히 존재하고 있다.

도 5는 본 발명의 디버그 핸들러의 처리 흐름도로서, 디버그 핸들러는 디버그 에이전트가 수행될 때 타겟 시스템이 가지는 2KB크기의 명령 캐쉬에 다운로드되고 타겟 시스템의 SDRAM을 초기화한다. 디버그 핸들러는 타겟 프로세서에 상당히 종속적인 부분으로 XScale 프로세서의 디버깅을 위해 제공되는 On-Chip Debug(OCD) 인터페이스를 사용한다. 디버그 핸들러는 현재 발생한 예외의 종류를 판단하여 디버그 예외일 경우에만 처리를 한다. 전달받은 명령들은 타겟 시스템의 자원에 대한 접근을 필요로 하는 것과 프로그램의 수행을 지속하는 부분으로 구분하여 처리한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 JTAG를 이용한 임베디드 시스템 디버깅 장치 및 방법은, 프로세서 자체에서 제공되는 디버깅 모듈을 이용하여 호스트 시스템에서 gdb 디버거와 원격 디버거 스텁이 TCP/IP로 연결이 되고, 타겟 시스템에서는 디버거 핸들러가 구동되어 호스트 시스템과 JTAG을 통해 연결되는 구조를 가진 저렴하고 유연한 임베디드 소프트웨어 디버깅 장치를 제공하기 때문에, 개발자들이 특별한 하드웨어 장비를 구입하지 않고도 임베디드 시스템의 프로그램을 그래픽 사용자 환경을 통해 디버깅 할 수 있게 지원해준다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 JTAG를 이용한 임베디드 시스템의 디버깅 장치 및 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명이 적용되는 디버깅 시스템의 전체 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 디버그 에이전트에 대한 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 JTAG 아답터에 대한 회로도.

도 4a는 본 발명에 따른 GDB와 디버그 에이전트가 접속하는 신호 절차도.

도 4b는 본 발명에 따른 GDB의 다운로드, 소스보기, 중지점 설정에 대한 신호 절차도.

도 4c는 본 발명에 따른 GDB의 continue 명령에 대한 신호 절차도.

도 4d는 본 발명에 따른 GDB와 디버깅 작업을 종료할 경우의 신호 절차도.

도 5는 본 발명에 따른 디버그 핸들러의 처리 흐름도.

Claims (1)

1. 피시만을 이용해 JTAG포트를 구비하고 있는 임베디드 시스템을 디버깅하며;

   GDB에서 전송 받은 메시지들을 분석하여 해당 JTAG 명령어로 변환한 후 그 결과를 타겟 시스템의 디버그 핸들러로 전송하고, 타겟 시스템에서 전송받은 디버깅 결과를 GDB가 인식하는 메시지로 변환하여 개발자에게 디스플레이하는 호스트 시스템의 디버거 에이전트와,

   해당 프로그램의 디버깅을 수행하고 그 결과를 호스트 시스템으로 전송는 타겟 시스템의 디버거 핸들러와,

   상기 호스트의 디버거 에이전트와 상기 타겟 시스템의 디버거 핸들러를 물리적으로 연결해 주는 JTAG 어댑터로 구성되는 것을 특징으로 하는 JTAG를 이용한 임베디드 시스템의 디버깅 장치.