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玄铁CPU调试系统介绍

周煌煦

2022-3-9 07:20:42 3064

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介绍

对于开发者来说，流畅的调试系统和高效的调试方法可以最大程度地减少开发过程中的信息错误，提高开发效率。本文分两部分介绍玄铁CPU调试系统的组成：

概述调试系统概述
玄铁CPU调试系统

希望这篇文章能让用户对玄铁CPU调试系统有一个大致的了解，了解玄铁CPU调试工具的使用方法。另外，这篇文章会让大家更容易理解调试方法。

一、调试系统基本介绍

典型的MCU调试系统

调试系统通过集成内部基于硬件的调试模块和外部软件调试工具，为开发人员提供软件和硬件错误的解决方案。该软件包括调试工具、链接（固件）。硬件调试包括调试模块。

例如，如图 1 所示，一个典型的 MCU 调试系统包括以下部分：

调试工具：面向开发人员的软件调试工具。调试工具通常运行在开发人员的主机或服务器上。常用的调试工具包括GDB和IDE，如GDB、CDK、DebugServer等，以及T-Head提供的RISC-V工具链中的其他工具。开发人员可以使用这些工具调试和分析应用程序应用程序。
Link：作为调试主机和CPU上调试单元之间的中间转换工具。链接允许调试工具的操作将操作转换到 CPU，例如 T-Head 的 CkLink 和 Segger 的 JLink。
CPU 上的调试模块：系统调试的基础该模块允许您控制 CPU 以及读写寄存器和内存。

二、玄铁CPU调试系统概述

图 2.1 玄铁调试系统概述

如图2.1所示，玄铁CPU调试系统主要由以下几部分组成：

软件环境：软件运行的实际环境。此类环境包括模拟器、通常部署的硬件环境（如裸机环境）和基于 Linux 内核的环境。
Debug Monitor Tool：调试和控制被调试程序的配套调试工具。此类工具包括 DebugServer、OpenOCD 和 GDBServer。对于实际的开发板，还需要CkLink、JLink等在线仿真调试工具，如cable、link等。
Debug and Profiling tool：开发人员通常用来调试程序的工具。此类工具包括 GDB、Perf、CPF、Trace 和 Flash Programmer。
用户界面（UI）：用户可以触摸的操作界面。此类 UI 包括命令行 (CMD) 行工具、剑池 CDK 和剑池 CDS。大多数调试和分析工具都可以显示为 CMD 行。剑池CDK和剑池CDS相比CMD线工具，在UI方面更加人性化，保证了更好的开发体验。

本章介绍了玄铁CPU的硬件调试框架，并简要介绍了一些软件调试工具和分析工具。

2.1 玄铁CPU硬件调试框架

在玄铁CPU的硬件设计中，大部分调试功能都集中在调试模块中，这是CPU的一贯性之一，如图2.2所示。在该架构中，调试模块可以提供所有物联网设备适用领域的CPU调试能力。具体来说，涵盖了低功耗、音频处理、视频处理、计算领域的CPU。

图 2.2 RISC-V 调试框架概述

玄铁CPU中的调试模块基于RISC-V Debug Spec V0.13.2实现。它能够实现复位、调试控制、寄存器访问、内存访问和断点。

调试模块的具体功能和操作接口请参见https://github.com/riscv/riscv-debug-spec的 RISC-V Debug Spec V0.13.2 。

以下内容介绍了基本的调试功能：

断点：插入断点使CPU运行到断点位置后停止。开发者可以在断点位置继续使用其他调试方法，例如读写内存或寄存器。
Watch-point：一种观察数据交换的方法。exchange 这个方法可以让你检查一个内存地址是否发生了数据读取或写入操作。
寄存器访问：访问CPU的寄存器。寄存器可以是通用寄存器和控制寄存器。
内存访问：访问总线上的内存和外围内存区域。此功能允许您读取和写入内存和外设控制和数据寄存器。
调试控制：一次执行一条指令，使CPU进入调试模式或全速运行。

2.2 玄铁CPU软件调试工具

如图2.1所示，一个玄铁CPU配备了几个调试工具。本节介绍典型的调试工具，如表 2.1 所示。

表 2.1 玄铁调试工具

调试工具	描述
调试服务器	调试监控软件，用于与玄铁CPU的调试模块交互，进行调试操作。
广发银行	The GNU Project Debugger.Debugger 支持玄铁CPU架构，包括玄铁8系列和9系列CPU。
剑池CDK	T-Head为玄铁CPU推出的集成开发环境。
性能	Linux 中强大的性能分析工具的集合。该工具可以对程序热点进行采样，并根据 PMU 事件测量周期、指令和其他指标。
公积金	T-Head开发的一款性能分析工具，用于反映CPU的实际运行轨迹。此工具仅在 T-Head QEMU 上受支持。

2.2.1调试服务器

DebugServer是T-Head设计实现的一款调试工具，配合GDB调试CPU的软件错误。特别是DebugServer实现了一套GDB远程串行协议（RSP），并通过USB协议完成将RSP接收到的命令发送到链路。此外，DebugServer 实现了一组命令行接口（CLI）来执行一些简单的调试功能。这些功能包括复位、单步执行、寄存器读写操作和内存读写操作。

图 2.3 DebugServer 控制台 UI

2.2.2GDB

GDB 是一个软件调试工具和开源软件，由 GNU 组织在https://www.gnu.org/software/gdb/维护。GDB 支持不同的后端架构。已发布的GDB源代码版本已支持玄铁8系和9系CPU，满足玄铁CPU日常开发需求。 [/url]

下面的例子展示了如何使用 GDB。

图 2.4 如何使用 RISC-V GDB 的示例

2.2.3 剑池CDK

剑驰CDK是玄铁CPU的开发环境。为了方便开发者使用，CDK集成了编辑、编译、调试等功能。本节介绍 CDK 的调试功能，如图 2.5 所示。

图 2.5 剑池 CDK 调试界面

屏幕截图涵盖了以下例行调试功能：

寄存器读写
拆卸视图
源代码的对应
断点管理
变量视图
调试控制

详细的调试手册请参见剑池CDK的帮助文档。

2.2.4CPF

C-Sky Profiling analysis utils（CPF）是一套专用于玄铁CPU应用的性能分析工具。它包括一系列记录和分析工具。CPF 基于 T-Head Trace 分析数据，这仅在 T-Head QEMU 中可用。然后，CPF通过T-Headtrace硬件非侵入式获取CPU运行时信息，反映CPU的实际运行轨迹。CPF提高了开发者的开发效率，优化了系统设计。

图 2.7 perf stat –e 指令的命令输出，周期 tst-mem

关于T-Head玄铁CPU调试系统的介绍就这么多。以下是关于玄铁CPU调试系统的文档：