可同步跟蹤多路信號的ARM調試器研究與設計

【摘要】：隨著半導體技術和ARM架構的發展,ARM架構微控制器的性能日益增強,以其為核心的嵌入式系統得以被廣泛應用在物聯網、工業控制等領域。具體應用場景下,一個完整的嵌入式系統通常由軟硬件兩大部分組成,傳統的調試方法使用多種強針對性工具進行聯合調試。此類調試方法較為成熟,但存在便攜性差、成本高、軟硬件調試信息不同步等缺點。此外,國內外市場上主流的ARM調試器僅用作程序的下載和調試,缺少對硬件電路調試的功能,這也為系統的整體調試和迭代帶來了不便。針對現存嵌入式系統調試方法和調試器的不足,本文研究并設計了一種用于ARM Cortex-M微控制器軟硬件聯合調試的調試器。其中包括可同步獲取電路信號、微控制器跟蹤數據的硬件調試器,以及可視化跟蹤數據的宿主機調試軟件。整體設計過程中,首先,本文研究了ARM Core Sight調試和跟蹤架構,對微控制器跟蹤數據協議進行了解析,并提出了在跟蹤數據中插入電路信號數據的構想。在此基礎上,本文最終提出了一種針對系統軟硬件信號同步跟蹤的方法,使調試器獲取的硬件信號和軟件數據在時間上一一對應,從而得以提供更準確的調試信息。此外,本文實現了具備同步跟蹤多路信號的硬件調試器,通過對MDK軟件和Visual Studio Code軟件進行擴展,設計了配合本調試器工作的跟蹤數據顯示環境。綜上,本文設計的調試器降低了嵌入式系統調試過程中的設備要求。該調試器配合免費的宿主機調試軟件,進一步降低了用戶的調試成本。而本文提出的同步跟蹤軟硬件信號的機制,則將嵌入式系統軟件與硬件的調試信息有效結合。這一機制有助于提高調試的效率、降低調試難度,在嵌入式開發和嵌入式系統教學方面具有一定的實用價值。