基于EmJTAG的ARM嵌入式系統調試工具
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DTC功能框圖如圖3所示。DTC是ST72651內部集成的數據傳輸協處理器，也是一個通用的串行/并行通信接口。通過改變其內運行的插件程序，DTC可以方便地完成不同的高速數據傳輸操作。插件程序（最大為256字節）開始時存放在ST72651的Flash中，芯片運行的程序會將插件程序加載到DTC SW RAM中，然后控制DTC運行這段插件程序。ST7核也可以讀寫DTC的數據傳輸緩沖區，因此需要有一個仲裁電路用于防止ST7核和DTC訪問該緩沖區時發生沖突。DTC有一套簡單的指令集。ST7核通過DTC控制寄存器DTCCR控制DTC的操作，通過DTC狀態寄存器DTCSR查詢DTC的狀態，通過DTC指針寄存器DTCPR改變DTC的操作指針。
DTC有4種操作狀態：空閑狀態（IDLE），加載插件程序狀態（RAMLOAD），運行狀態（RUNNING）和改變操作指針狀態（POINTERCHANGE）。通過改變DTCCR寄存器的RUN、INIT和LOAD位可以實現4種狀態間的轉換。
將插件程序加載到DTC SW RAM中的步驟如下：
◆ 清除DTCCR寄存器的RUN位，使DTC進入IDLE狀態，停止DTC；
◆ 設置DTCCR寄存器的LOAD位，使DTC進入RAMLOAD狀態，以允許寫DTC RAM；
◆ 將插件程序復制到DTC SW RAM中;
◆ 清除DTCCR寄存器的LOAD位，使DTC返回到IDLE狀態，恢復DTC RAM寫保護。
使DTC運行其RAM(即DTC SW RAM)中的插件程序的步驟如下：
◆ 清除DTCCR寄存器的RUN位，使DTC進入IDLE狀態，停止DTC；
◆ 將插件程序的起始地址填入DTCPR寄存器中；
◆ 設置DTCCR寄存器的INIT位，使DTC進入POINTERCHANGE狀態，將DTCPR寄存器中的值復制到DTC中；
◆ 清除DTCCR寄存器的INIT位，使DTC返回到IDLE狀態；
◆ 設置DTCCR寄存器的RUN位，使DTC進入RUNNING狀態，開始運行。
DTC運行的插件程序實現的功能是：將數據傳輸緩沖區內的數據快速移出I/O口，或者從I/O快速移入數據到數據傳輸緩沖區中。DTC操作的I/O口作為4個JTAG信號： TCK、TMS、TDI和TDO。TCK作為移入/移出數據的觸發時鐘；TDI作為移出數據出口；TDO作為移入數據進口；TMS作為輸入信號，與TCK一起決定TAP控制器狀態的轉移過程。插件程序用DTC匯編指令編寫，然后通過ST公司提供的一個簡單匯編器將匯編源代碼轉化成DTC機器指令，燒寫到ST72651的Flash存儲器中。
3.3.2 掃描鏈操作模塊
掃描鏈操作模塊調用DTC軟件插件程序，完成初始化TAP控制器、掃描鏈1操作和掃描鏈2操作。
（1） 初始化TAP控制器
TAP控制器的基本功能是產生時鐘信號和控制信號。它包括一個帶有16個狀態的有限狀態機： Test-Logic-Reset狀態、Run-Test/Idle狀態、Select-DR-Scan狀態、Select-IR-Scan狀態、Capture-DR狀態、Shift-DR狀態、Exit1-DR狀態、Pause-DR狀態、Exit2-DR狀態、Update-DR狀態、Capture-IR狀態、Shift-IR狀態、Exit1-IR狀態、Pause-IR狀態、Exit2-IR狀態和Update-IR狀態。
初始化TAP控制器的目的是使TAP控制器進入Select-DR-Scan狀態。無論當前TAP控制器處于什么狀態，只要在TMS為1時產生5個TCK信號，TAP控制器就進入Test-Logic-Reset狀態。因此，使TAP控制器進入Select-DR-Scan狀態的步驟為：首先使TMS為1，產生5個TCK信號，使TAP控制器進入Test-Logic-Reset狀態；然后使TMS為0，產生1個TCK信號，使TAP控制器進入Run-Test/Idle狀態；最后使TMS為1，產生1個TCK信號，使TAP控制器進入Select-DR-Scan狀態。
（2） 掃描鏈1操作
掃描鏈1是JTAG電路中的一種測試數據寄存器，主要用于內核測試和調試過程。
掃描鏈1有33位，按掃描先后順序依次為： BREAKPT位（輸入），D31～D0（輸入/輸出）。掃描鏈1操作的目的是移入BREAKPT位，同時向/從數據總線移入/移出 32位數據。操作步驟如下：
◆ 初始化TAP控制器，使TAP控制器進入Select-D-RScan狀態；
◆ 使TMS為1，產生1個TCK信號，使TAP控制器進入Select-IR-Scan狀態；
◆ 使TMS為0，產生2個TCK信號，使TAP控制器進入Shift-IR狀態；
◆ 往TAP控制器的指令寄存器移入JTAG指令SCAN_N（b0010）；
◆ 使TAP控制器退出Shift-IR狀態，進入ShiftDR狀態；
◆ 往掃描鏈選擇寄存器移入b0001，選擇掃描鏈1；
◆ 使TAP控制器退出Shift-DR狀態，進入Shift-IR狀態；
◆ 往TAP控制器的指令寄存器移入JTAG指令INTEST（b1100）；
◆ 使TAP控制器退出Shift-IR狀態，進入Shift-DR狀態；
◆ 移入BREAKPT位，移入數據D31～D0（或移出數據D31～D0）；
◆ 使TAP控制器退出Shift-DR狀態，進入Select-DR-Scan狀態。
（3） 掃描鏈2操作
掃描鏈2也是一種測試數據寄存器，用于訪問EmbeddedICE宏單元的寄存器。
掃描鏈2有38位，按掃描先后順序依次為：EmbeddedICE寄存器的D0～D31，EmbeddedICE寄存器的A0～A4，讀/寫位。掃描鏈2操作的目的是讀寫EmbeddedICE宏單元的寄存器。操作步驟如下：
◆ 初始化TAP控制器，使TAP控制器進入Select-DR-Scan狀態；
◆ 使TMS為1，產生1個TCK信號，使TAP控制器進入Select-IR-Scan狀態；
◆ 使TMS為0，產生2個TCK信號，使TAP控制器進入Shift-IR狀態；
◆ 往TAP控制器的指令寄存器移入JTAG指令SCAN_N（b0010）；
◆ 使TAP控制器退出Shift-IR狀態，進入Shift-DR狀態；
◆ 往掃描鏈選擇寄存器移入b0010，選擇掃描鏈2；
◆ 使TAP控制器退出Shift-DR狀態，進入Shift-IR狀態；
◆ 往TAP控制器的指令寄存器移入JTAG指令INTEST（b1100）；
◆ 使TAP控制器退出Shift-IR狀態，進入Shift-DR狀態；
◆ 移入欲寫的數據D0～D31；
◆ 移入欲讀寫的EmbeddedICE寄存器的地址；
◆ 移入讀/寫位（讀為0，寫為1）；
◆ 如果為讀，則移出讀到的EmbeddedICE寄存器的值D0～D31；
◆ 使TAP控制器退出Shift-DR狀態，進入Select-DR-Scan狀態。
3.3.3 EmbeddedICE寄存器操作模塊
EmbeddedICE寄存器的讀寫通過對掃描鏈2操作實現。讀時，將欲讀的EmbeddedICE寄存器地址作為參數調用掃描鏈2操作函數；寫時，將欲寫的值和EmbeddedICE寄存器地址作為參數調用掃描鏈2操作函數。
3.3.4 高層調試命令模塊
通過調用掃描鏈操作模塊和EmbeddedICE寄存器操作模塊，實現了讀寫核寄存器、讀寫存儲器、斷點及觀察點操作、單步或全速運行程序等高級調試控制命令。這些命令供主程序狀態機模塊調用。
3.3.5 USB接口驅動模塊
USB接口驅動模塊主要包含5個函數：函數InitUSB()用于初始化USB模塊；函數USB_Polling()處理USB主機發來的USB標準設備請求，實現USB枚舉階段的傳輸過程，同時根據狀態寄存器的標志位調用相應的端點處理函數；CTR（正確傳輸）中斷服務程序用于處理端點上發生的各種中斷；函數USB_RecvDataEP2(unsigned char *dp, uint8 len)和USB_SendDataEP2(unsigned char *dp, uint8 len)用于從端點2接收和發送USB包。
3.3.6 主程序狀態機模塊
主程序狀態機模塊循環調用USB接口驅動模塊的USB_RecvDataEP2()函數，接收調試器發來的命令報文，根據命令報文的主命令號和次命令號調用高層調試命令模塊的相應命令函數，并將命令函數返回的數據通過調用USB_SendDataEP2()函數返回給調試器，最終根據命令函數返回的狀態通過調用USB_SendDataEP2()函數發確認報文給調試器。
結語
本文構造了一個支持ARM核的嵌入式系統調試工具。它首先定義了一個輕量級的遠程調試協議EmRDI，然后使用ST72651芯片實現了協議轉換器EmJTAG。目前該調試工具已經應用于實際嵌入式系統開發中，PC機上的調試器軟件可以通過EmJTAG下載程序到基于ARM核的目標機上，并實現設置/清除斷點、設置/清除觀察點、全速/單步/停止運行程序等基本的調試功能。
參考文獻
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