[发明专利]嵌入式处理器高速在线下载直通通道的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种嵌入式处理器高速在线下载直通通道的设计方法。通过在嵌入式处理器在线调试接口模块中增加专用的下载直通通道，可迅速提高主机下载程序和数据的速度，提高代码在线调试效率。

背景技术

随着集成电路设计进入片上系统(SoC)时代，嵌入式系统的设计复杂度日益增加，功能不断的增强。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心。嵌入式处理器的处理性能的不断提高，使得原来需要用专用硬件电路实现的功能可以被设计成软件来实现。用软件实现的功能可以有效提高系统的灵活性和扩展性。增加新的功能或者修改设计时留下的错误，都可以通过升级软件来快速完成。因此对于嵌入式系统设计者来说，在处理器性能能够满足特定的需求的情况下，那些需要实现的特定的功能会被优先考虑设计成软件。这样就导致嵌入式系统的软件部分不断增加。

传统的嵌入式系统通过在线调试的方法，在嵌入式硬件平台上调试目标软件。在线调试指，用户通过调试主机与嵌入式处理器的在线调试接口之间通信，跟踪和控制嵌入式处理器的执行过程，以达到调试嵌入式软件的要求。调试主机和嵌入式处理器在线调试接口通过标准JTAG进行通信。由于JTAG是一个串行的总线，数据传输速率相对较慢。

调试过程中，一般需要与嵌入式处理器相关的工具链的支持。工具链指支持嵌入式处理器软件编译、链接和调试的一整套软件程序。嵌入式软件一般采用交叉编译的方法，在主机上用工具链将目标代码进行编译，链接，然后通过调试程序下载到目标开发系统中进行在线调试。一般嵌入式系统在线调试过程如图1所示。

由于调试通信的总线采用数据率很低的JTAG串行总线(JTAG总线一般被用作边界扫描，嵌入式处理器在线调试模块采用该总线协议是为了复用引脚)，因此传统的调试接口通信速度一般很低(一般都在10K以内)。传统的调试接口采用如图2所示的模式下载数据。从图2发现下载代理服务程序下载一个字的数据需要经过3个阶段的操作。第一阶段需要把当前下载的数据的地址移入处理器扫描链中，然后由处理器执行之后把地址保存到处理器的通用寄存器中。第二阶段把下载的数据移入处理器扫描链中，同样由处理器执行后保存到处理器的通用寄存器中。第三阶段通过向处理器扫描链中移入一条内存写操作指令，指示处理器运行内存写操作，将数据写到相应的内存中。由于每个阶段都需要由软件驱动在线调试器的TAP控制器，产生了大量的冗余数据操作，极大的限制的下载速度。

随着嵌入式软件规模的不断扩大，下载的数据和程序数据量急剧上升。缓慢的下载速度已经成为限制嵌入式软件工程师调试效率的瓶颈。因此提高嵌入式处理器的在线下载和调试速度以成为嵌入式处理器实际应用中必须解决的迫在眉睫的工作。为了解决这一瓶颈，此前的一些工作主要集中在两个方面：一个方面是在通过提高调试器JTAG的频率，通过提高通信频率来提高下载数据的带宽；另一个方面的工作是先用传统在线调试接口下载一段特定的小程序(bootload)到内存，然后运行程序，该程序可以通过嵌入式系统的其他高速接口(如网卡，USB接口)等下载数据，提高下载速度。第一种方法虽然做法上最简单，但是受到频率提升的限制；第二种方法虽然在一定程度上提高了下载速度，但是它是通过间接的方法来下载程序，用户需要设计专用的下载程序，不同的应用扩展性不好，下载过程需要由用户来创建。基于解决下载速度和方便用户调试的出发点，本发明提出了一种通过减少JTAG总线之间的冗余数据通信，增加通信效率，设置专用硬件下载直通通道，实现了对嵌入式处理器在线下载速度的大幅度提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种嵌入式处理器高速在线下载直通通道的设计方法。

特征包括如下：

1)在在线硬件调试接口中增加一种旨在进行批量数据下载的直通通道模式；

2)在线调试接口内部设置块下载起始地址寄存器和数据缓存寄存器，用来寄存来自下载代理程序发送的起始地址和连续的数据；

3)在线调试接口内部自动生成当前下载数据对应的内存地址，数据地址支持按字，半字和字节下载；

4)在线调试接口自动完成处理器扫描链的填充以及通过处理器流水线的接口将预设的命令或数据下载到流水线中，由流水线完成指令执行的操作；

5)下载直通通道数据缓存寄存器有缓冲机制，支持在发送数据的同时，接收下一个数据以进一步提高下载速度；

6)在线调试接口模块支持普通下载模式和直通下载模式的动态切换；

7)下载代理程序在下载批量数据时，先设置下载起始地址，然后连续下载批量数据。