RISC-V生态全景解析8——平头哥玄铁CPU调试系统介绍

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1、调试系统的基本介绍

调试系统是一套为基于硬件调试模块，结合软件调试工具，为开发者提供解决软硬件bug的技术系统。软件调试部分包括调试工具、link及其固件。硬件调试部分包括调试模块(Debug Module)。
% V) K2 ?' I" c: W: ^例如图1所示，在典型的mcu调试系统中：
: N( o- w! f, o/ O$ U6 W调试工具(Debug Tools)是面向开发者调试的软件工具，一般运行在开发人员的主机、服务器等场景下。常见的有调试工具有GDB、IDE等，如T-HEAD的riscv工具链中的gdb，CDK，DebugServer等工具。开发者使用这类工具进行软件程序的调试、分析工作；
# H3 X; h: `6 C) z* E: e由于调试主机无法直接与CPU上的调试单元连接，因此需要link作为中间转换工具，使得调试工具的操作能够真实地作用在CPU上，比如平头哥的CkLink，Segger的JLink等等；
CPU上的调试模块(Debug Module)是支持大部分调试手段的基础，实现对CPU的控制和读写寄存器、读写内存等功能。

3 o2 u. a6 X$ b5 k8 q, @% m2、玄铁CPU调试系统总览

如图2.1所示，玄铁CPU调试系统主要由以下几部分组成：
软件运行环境，指软件运行的实际环境，包括模拟器、普通硬件环境(Bare METAl)、基于linux内核的环境；
Debug Monitor，主要指配合调试工具，对被调试程序进行调试控制的工具，包括DebugServer/OpenOCD/GDBServer等。对于实际开发板来说，往往还需要在线仿真调试工具(cable/link)，如CkLink, JLink等；
: N  V) d7 u5 M$ d% N5 v调试/Profiling工具，是开发者经常使用的用于调试程序的工具，主要包括GDB、peRF、CPF、Trace、Flash Programmer等；
6 [9 u; b+ s1 @+ i, s7 K用户接口，是用户直接接触到的操作界面，主要是命令行工具(CMD Line)、剑池CDK、剑池CDS等。其中大部分调试/profiling工具大部分都支持命令行方式呈现。剑池CDK、剑池CDS相比命令行工具，有友好的界面，具有更好开发体验。
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2.1 玄铁CPU的硬件调试框架
在玄铁CPU的硬件设计上，调试功能集中在调试模块(Debug Module)中基本结构如图2.2所示。基于该架构，调试模块的各个功能可以覆盖各种IoT设备领域的CPU，包括低功耗、音频处理、视频处理、计算型等领域的CPU。
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  \$ L' b# D/ L0 c% g( r玄铁CPU中的调试模块，是基于《RISC-V Debug SPEC v0.13.2》实现的，实现的功能包括：复位及调试控制、寄存器访问、内存访问、断点等功能。
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基本的调试功能介绍：
Break-Point功能：Break-Point功能俗称断点功能，即插入断点，使CPU运行到断点位置后停住。开发人员可在断点位置继续进行其他调试手段操作，如读写内存、读写寄存器等。
. I4 j* g" H4 k8 I. |Watch-Point功能：Watch-Point功能是一种对数据访问的调试手段。可以观测某个内存地址是否发生了数据读写行为。
, q& P: F: U! H寄存器访问：访问CPU的寄存器能力，包括通用寄存器，控制寄存器等。
$ F3 O8 y1 Z. t2 B内存访问：访问总线上内存以及外设区的能力，可以读写内存上的数据，外设的控制/数据寄存器。
& k4 `- B& f4 c6 B+ t9 v( f调试控制：指的是单步执行指令、使CPU进入调试模式、全速运行等功能。

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