[发明专利]带特殊功能寄存器断点的增强型微处理器片上动态跟踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种带特殊功能寄存器断点的增强型微处理器片上动态跟踪方法，支持在线调试功能，包括单步调试，地址断点和SFR特殊功能寄存器断点的设置和检测，以及微处理器内部寄存器的查看和修改等。可应用于8051系列的单片微处理器，也可应用于其他微处理器、微处理器领域。

背景技术

动态跟踪(Dynamic Trace)是指实时地记录程序运行的轨迹信息，并把这些信息通过某种手段传送到外部的调试工具进行分析和调试的过程。在大多数的逻辑分析仪和在线仿真器等设备中，都有用于动态跟踪处理器运行轨迹的跟踪部件，用来监测处理器的各种内部信息，这样调试者就可以方便地检测程序执行流程、查找程序错误、重构程序运行轨迹等。

摩托罗拉公司最早认识到OCD技术这个发展趋势，并率先在683xx和68HC16处理器上创造了BDM调试接口。而MIPS、Intel、IBM和ARM等实现了基于JTAG标准的串行调试接口。尽管BDM和JTAG调试接口这两者在实现的细节上相差很远，但是从用户的角度看，它们提供相似的调试功能。由于JTAG是IEEE的国际标准，当前绝大多数CPU厂商都用它来实现处理器的片上调试逻辑。现有的片上调试技术依赖于特定结构的实现，对处理器核改动较大，需占用较多资源，实现起来不够方便；同时现有的片上调试技术一般只能实现程序地址断点和单步执行等调试功能，而特殊功能寄存器(SFR-special functionregister)是微处理器的重要组成部分，在微处理器中起着重要的作用，实时了解特殊功能寄存器的运行状态对于用户来说十分重要，所以实现SFR断点十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带SFR断点功能的增强型微处理器的片上动态跟踪方法。通过一个集成在微处理器内部的独立的带有SFR断点功能的增强型片上调试模块(Enhanced OCD module with SFR Breakpoint Function：E-OCD-SFR-B)，可以将程序执行过程中调试者关心的一些位置或SFR设置为断点(breakpoint)，并对这些位置的信息进行跟踪、记录和实时地输出，以实现动态跟踪的目的。而且整个过程不需要专门的跟踪缓冲单元，只需少量的寄存器就能满足数据的暂存要求。并通过添加外部调试使能信号实现调试和正常运行状态的切换。

为达到上述目的，本发明的构思如下：

构建一个集成在处理器内部的带有SFR断点功能的增强型片上调试模块(EnhancedOCD module with SFR Breakpoint Function：E-OCD-SFR-B)，通过这个模块将程序执行过程中的某些位置或SFR标记为观察点。E-OCD-SFR-B通过外部的调试使能信号(DBG_enable)的设置，可以实现调试模式和正常工作模式的自由切换。调试使能信号(DBG_enable)保持低电平，正常在工作模式下，E-OCD-SFR-B不干预处理器的工作；调试使能信号(DBG_enable)变为高电平，允许进行调试，调试模式又可以分为地址比较模式和SFR断点模式。1)地址比较模式：在程序执行的过程中，将每条指令的地址与断点寄存器(breakpoint register)值进行比较来检测观察点。如果有观察点被检测到，则输出符合信号到时钟模块，系统时钟(clk)暂停，从而达到暂停微处理器运行的目的，调试时钟(DBG_clk)开始运行，此时将预先设定选择好的内部寄存器的信息输出到指定的输出寄存器(desired_SFR)中。若数据输出完毕，则设置外部调试使能信号为低电平，恢复程序的执行。2)SFR断点模式：选择特定的SFR，程序运行过程中，将此SFR中的值与断点寄存器值进行比较。如果有观察点被检测到，则输出符合信号到时钟模块，系统时钟(clk)暂停，从而达到暂停微处理器运行的目的，调试时钟(DBG_clk)开始运行，此时将预先设定选择好的内部寄存器的信息输出到指定的输出寄存器(desired_SFR)中。若数据输出完毕，则设置外部调试使能信号为低电平，恢复程序的执行。

根据上述构思，本发明采用下述技术方案：

增强型片上调试方法，其特征在于实现一般片上的单步执行、地址断点调试功能的同时，添加SFR断点功能，实现SFR的完全可控制性和可观察性，因此将调试模式分为地址比较模式和SFR断点模式两种，其具体步骤为：

a.设定一个调试命令寄存器模块DBG_command，用于产生调试所需的命令，控制调试的起始和方式。