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回顾. 第五章 ARM 及 Xscale 体系结构. 5.1 RISC 与 CISC 5.2 处理器总线结构与 ARM 总线 5.3 ARM 处理器的存储器层次 5.4 ARM 的 I/O 与中断处理 5.5 ARM 处理器的寄存器组织 5.6 ARM 处理器 CPU 组织结构 5.7 基于 JTAG 的 ARM 调试系统 5.8 ARM 系列综述. 5.7 基于 JTAG 的 ARM 调试系统. JTAG 标准 ARM 的 JTAG 调试结构. 1. 传统调试工具遇到的挑战. SOC 高度集成，很多动作无法在外部管脚体现
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第五章 ARM及Xscale体系结构 • 5.1 RISC 与 CISC • 5.2 处理器总线结构与ARM总线 • 5.3 ARM处理器的存储器层次 • 5.4 ARM的I/O与中断处理 • 5.5 ARM处理器的寄存器组织 • 5.6 ARM处理器CPU组织结构 • 5.7 基于JTAG的ARM调试系统 • 5.8 ARM系列综述
5.7 基于JTAG的ARM调试系统 JTAG标准 ARM的JTAG 调试结构
1. 传统调试工具遇到的挑战 • SOC高度集成，很多动作无法在外部管脚体现 • 深度嵌入，软件越来越复杂 • 无法实时跟踪、硬件断点无法设置 片上调试技术的代表-----JTAG调试接口
2. JTAG边界扫描测试接口 • IEEE1149标准，由联合测试活动组（Joint Test Action Group）开发的针对PCB 标准测试访问接口和边界扫描结构的标准。 • 该标准被扩展到了面向用户对芯片上 电路进行测试的接口，因此在VLSI测试中有所应用。 • 边界扫描： • 应用处理器上的JTAG接口提供驱动与采样设备外部管脚的方法，并且JTAG驱动与处理器核状态无关。
3. JTAG边界扫描测试接口结构 • JTAG接口标准描述了5引脚串行协议，用于数字电路引脚信号电平访问和控制； • JTAG结构在系统中的链接。
4. JTAG接口结构说明 • TAP（测试访问端口）管脚 • 五个输入输出管脚 • TAP控制器 • 用一个同步状态机来控制和访问嵌入在ARM处理器核内部的测试功能电路； • 同步状态机实现IEEE 1149.1 规定的测试逻辑电路的工作时序。 • 指令寄存器 • 串行移位寄存器，通过串行输入执行各种操作的指令。 • 测试数据寄存器组 • 一组串行移位寄存器，操作指令被串行装入由当前指令所选择的数据寄存器。
5. Embedded-ICE模块 • 该模块用来监控指令存储器接口和数据存储接口 • 包含2个硬件断点/观察点单元寄存器和控制状态寄存器。 • 模块结构 • Embedded-ICE逻辑中的寄存器地址为5位，通过扫描链2实现对其读写。 • 当观察点寄存器值与地址、数据和控制信号匹时，观察点寄存器能终止ARM处理器的运行。 • 观察点单元 • 由数据、指令和控制寄存器组 组成； • 每组包含一个数据寄存器和一个屏蔽寄存器。 • 可允许/禁止断点、设置数据/指令断点 • 配置观察点地址寄存器，当运行程序的指令/数据地址与其匹配时，停止程序的运行，进入调试； • 配置观察点数据寄存器，当运行程序数据/指令的值与其匹配时，停止程序的运行，进入调试；
6. ARM内核调试通道 • 包含有Embedded ICE模块的基于ARM的SOC芯片通过JTAG调试端口与宿主ＰＣ相连。通过配置，支持正常的断点、观察点以及处理器和系统状态访问，完成调试。 • 为实时跟踪代码运行过程，ARM提供跟踪宏单元ETM（Embedded Trace Microcell），通过嵌入式实时跟踪系统，实时观察其操作过程，对应用程序调试更全面、客观。 • Embedded ICE 和ETM构成ARM完整的调试、实时跟踪方案，有效降低了开发成本。
SOC Embedded 控制器 JTAG 端口 EmbeddedICE JTAG TAP 主控 系统 嵌入式 跟踪宏单元 数据 ARM 核 地址 跟踪端口 分析器 控制 跟踪 端口 7. ARM实时调试系统组织
8. ARM调试系统特点 • Embedded ICE模块通过JTAG端口和协议转换器与宿主机连接，可以小的硬件代价得到完全的源代码级调试功能。 • ETM对实时操作进行调试。在运行时，ETM产生对处理器地址、数据及控制总线的跟踪，来获得CPU的全速操作情况。 • 实时调试将产生大量信息，ETM用数据压缩技术将Trace信息压缩，然后送到片外。
9. ARM处理器状态间转换 • 状态转换的硬件支持 • 工作时钟或存储器时钟MCLK/GCLK； • TCK 产生的调试时钟DCLK； • Embedded-ICE中的调试状态寄存器； • 判断系统状态 • Embedded-ICE或外部调试逻辑发出调试中断请求DBGACK是，系统将停止程序正常运行，将时钟切换到调试时钟，进入调试状态。 • 扫描链的第33位置高，其后指令以系统速度运行。将RESTART指令装入TAP控制器，当TAP进入Run-Test/Idle状态时，ARM自动返回到存储器时钟，以系统速度执行指令。
即ARM的基于JTAG接口的OCD，是通过ARM芯片的JTAG边界扫描口进行调试的设备。即ARM的基于JTAG接口的OCD，是通过ARM芯片的JTAG边界扫描口进行调试的设备。 通过JTAG口与ARM的CPU进行通信，不使用片上资源，不占用目标系统的I/O端口。仿真更加接近于目标硬件。 可通过并口、串口、USB口等于宿主PC通信。 10. ARM的JTAG仿真器 JTAG仿真器的连接
1. ARM系列核命名规则 ARM7TDMI • ARM7 — 32位ARM体系结构4T版本； • T — Thumb 16位压缩指令集； • D —支持片上 Debug，使处理器可停止以相应调试请求； • M —增强型乘法器； • I — EmbeddedICE硬件，以支持断点和观察点
3.1 第一代： StongARM系列处理器 • 2001年intel公司的移动芯片产品 • 处理器主频从100—206mhz • 主要型号有： StrongARM SA110，SA-100 • 开创了高性 能移动芯片的先河 • 缺点：功耗过大，主频提升困难
3.2 第二代： Xscale系列 常见于PDA、智能手机使用 八种系列处理器：IXP420, IXP421, IXP422, IXP423, IXP425, IXP455, IXP460, 和IXP465. • 四大分支领域： • PXA • IXP • IOP • IXC 是设计成网络处理器的产品。主要应用在VoIP设备，网络交换机，路由器，WIFI无线网络产品中。 IOP 7个型号: IOP303, IOP310, IOP321, IOP331, IOP332, IOP333。 被设计来允许计算机和存储设备传输数据和提高设备性能的。时钟频率从100 MHz到800 MHz不 等。 IXC是低于PXA的一个档次，运行在266, 400, 533 MHz, 它也是设计为低电 耗，533 MHz主频时功率是 2.4 W。芯片采用了35 mm 的PBGA封装。
3.3 Intel PXA系列 • PXA210 ： • 是Intel的入门级准XScale，目标是移动电话应用 • 频率达到了133 MHz 和200 MHz。 • 在2002年就迅速被PXA250取 代 • PXA25x ：包括 PXA250和 PXA255 • Intel正式第一代XScale处理器； • 有三种主频选 择：200 MHz、300 MHz和400 MHz • 2003年，版本为C0的PXA250更名为PXA255。主要不同是双总线使数据传输更快，低电 压（1.3 V 400 MHz）和回写数据缓存功能。
3.4 Intel PXA系列 （2） • PXA26x： • 时钟主频与上一代PXA25x一样， 但PXA260采用了TPBGA封装，这种封装比PXA25x的PBGA 封装小了53%。给低电耗、小空间的智能电话和PDA消费群带来了较理想的解决方案。 • PXA261，PXA262，PXA263在TPBGA封装技术的同时又在CPU中集成了Flash 闪存 ： • PXA261集成了16 M的16位闪存 • PXA262集成了32 M的16位闪存 • PXA263集成了32 M的32位闪存。
3.5 Intel PXA系列 （3） • PXA27x：PXA270/PXA271/PXA272 • XScale家族的高端处理器 • 采用0.18制造工艺，融入SpeedStep的CPU动态调节省电技术，加入对无线MMX技术支持，内部也使用了256K SRAM 减少电耗和延迟。主频最高将能达到1G • PXA270/PXA271/PXA272 区别： • PXA270可以运行在312 MHz, 416 MHz, 520 MHz 和624 MHz，没有包含闪存。 • PXA271可以运行在312 MHz，416 MHz，并且包含有32M的16位Flash闪存和32M的16位SDRAM内存。 • PXA272可以运行在312 MHz, 416 MHz 或520 MHz ，并且包含有64M的32位Flash闪存。
3.6 Intel PXA系列 （4） • 2006年11月， Marvell公司推出基于第三代Intel XScale技术的应用处理器， “PXA3xx”系列。 • PXA3xx： • 高端PXA320(代号Monahans-P)，频率806MHz，二级缓存 256KB，32位DDR接口，09年相关产品问世； • PXA300/PXA310频率都是624MHz，兼容PXA320； • 均支持智能电源管理技术Wireless Intel SpeedStep； • MusicMax技术可以保障MP3联系播放时间长达30小时； • VideoMax技术则可以30FPS的帧率流畅传输或播放D1分辨率的H.264视 频。 • PXA3xx还支持数码摄像头，最高像素500万，并有图像稳定器等高级特性。
指令寄存器 • 寄存器中的指令码选择专用的测试操作。 • 指令寄存器是一个5位串行移位寄存器。当TAP控制器处于Shift_IR态时，数据通过TDI管脚串行的调入IR。TCK的上升沿控制。 • IR的最高有效位连接到TDI；最低有效位连接到TDO。 在TCK的上升沿，TDI 被移位到IR中。 • 边界扫描指令集 • 3个Public指令 • 3个可选Pubilc指令 • 4个用户自定义指令 • 14个Private指令
边界扫描寄存器 截取ARM核与芯片引脚之间所有信号，组成专用寄存器位。 旁路寄存器 1位移位寄存器，用一个时钟延迟把TDI连到TDO，使测试者在同一电路板测试循环黑访问其它器件； 设备ID寄存器 读出芯片固化的ID号 专用数据寄存器 用于指令缓冲区初始化及软件调试。 测试数据寄存器组
