發(fā)布時間：2017-03-18 22:00

  本文關(guān)鍵詞：基于CoreSight接口的ARM跨平臺調(diào)試系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著嵌入式系統(tǒng)以及ARM微處理器家族的不斷發(fā)展,基于ARM架構(gòu)微處理器的嵌入式設(shè)計及應(yīng)用在現(xiàn)代工程領(lǐng)域變得極為普遍。在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程中,調(diào)試系統(tǒng)主要用來定位、糾正程序中的錯誤或是硬件設(shè)計上的漏洞,一個完善的調(diào)試系統(tǒng)能夠極大地提高嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)效率。然而,由于目前ARM芯片的生產(chǎn)廠商多達數(shù)十家,出于知識產(chǎn)權(quán)及商業(yè)利益的原因,他們所提供的商用調(diào)試軟件及硬件均未開源且大多很昂貴,調(diào)試軟件與硬件所使用的協(xié)議也無法相互兼容,缺少一個統(tǒng)一的規(guī)范,開發(fā)人員往往需要為不同生產(chǎn)廠商的ARM架構(gòu)微處理器購買互不兼容又十分昂貴的獨立調(diào)試系統(tǒng),大大地增加了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的成本。同時,由于國內(nèi)的ARM微處理器生產(chǎn)廠商較少,針對ARM微處理器調(diào)試系統(tǒng)的研究尚處于起步階段,特別是針對ARM最新推出的Cortex架構(gòu)微處理器調(diào)試系統(tǒng)的研究基本還處于空白狀態(tài),這對國內(nèi)開展嵌入式開發(fā)的研究工作產(chǎn)生了一定的阻礙。因此,提出一個能夠跨硬件平臺及軟件操作系統(tǒng)平臺的開源跨平臺調(diào)試系統(tǒng)就顯得十分有意義。本文旨在研究一套基于ARM公司最新的Cortex架構(gòu)微處理器中的CoreSight調(diào)試接口的跨平臺開源調(diào)試系統(tǒng),統(tǒng)一不同ARM微處理器生產(chǎn)廠商之間的調(diào)試規(guī)范,簡化基于Cortex架構(gòu)微處理器的調(diào)試系統(tǒng)的開發(fā),降低其使用難度。完整的ARM調(diào)試系統(tǒng)由兩大組成部分：硬件調(diào)試器和PC調(diào)試軟件。本文針對目前各類商用調(diào)試系統(tǒng)協(xié)議間不兼容的問題,詳細(xì)闡述了如何基于CoreSight調(diào)試接口、CMSIS DAP協(xié)議和GDB遠(yuǎn)程串行調(diào)試協(xié)議這三大關(guān)鍵調(diào)試組件來實現(xiàn)跨平臺ARM調(diào)試系統(tǒng)的原理及方法,著重分析了如何利用CoreSight調(diào)試接口實現(xiàn)不同生產(chǎn)廠商的ARM微處理器中調(diào)試接口的兼容性,提出了基于Python及GDB遠(yuǎn)程串行通信協(xié)議實現(xiàn)跨操作系統(tǒng)的GDB調(diào)試服務(wù)器的設(shè)想及實施方案。本文的主要創(chuàng)新性工作和成果包括：提出了利用CoreSight調(diào)試接口及CMSISDAP協(xié)議來兼容不同生產(chǎn)廠商的ARM Cortex架構(gòu)微處理器的調(diào)試接口的設(shè)計方案；設(shè)計了一個基于STM32F103微處理器的硬件調(diào)試器,并在其中實現(xiàn)了CMSISDAP協(xié)議棧和USB HID驅(qū)動程序；設(shè)計并實現(xiàn)了一個基于Python語言和GDB遠(yuǎn)程串行調(diào)試協(xié)議的GDB調(diào)試服務(wù)器,配合開源的GDB調(diào)試軟件實現(xiàn)了跨操作系統(tǒng)平臺的軟件運行；在GDB調(diào)試服務(wù)器中分析并實現(xiàn)了GDB調(diào)試命令到CoreSight調(diào)試接口的寄存器配置的轉(zhuǎn)換方案；提出了基于Pylnstaller開源軟件的Python源程序打包方案,實現(xiàn)了基于獨立可執(zhí)行程序的軟件發(fā)布。利用本文所設(shè)計的硬件調(diào)試器和GDB調(diào)試服務(wù)器,結(jié)合GDB調(diào)試軟件,實現(xiàn)了一套完整的ARM調(diào)試系統(tǒng)。在多個開發(fā)平臺上驗證了該ARM調(diào)試系統(tǒng)的程序下載及調(diào)試功能,并與現(xiàn)有國外商用調(diào)試系統(tǒng)進行了比對測試,驗證了本系統(tǒng)在成本遠(yuǎn)低于國外商用調(diào)試系統(tǒng)的前提下,依然能實現(xiàn)穩(wěn)健的跨平臺兼容性及調(diào)試性能。本文所設(shè)計的GDB軟件調(diào)試服務(wù)器在開源會議及相關(guān)活動上進行了分享,并在開源軟件網(wǎng)站上提供下載,獲得了開源軟件愛好者們的好評與肯定,對我國開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的ARM調(diào)試系統(tǒng)已顯示出良好的參考和借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】：ARM調(diào)試系統(tǒng) CoreSight調(diào)試接口 CMSIS DAP協(xié)議 GDB調(diào)試服務(wù)器 跨平臺性 Cortex架構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP368.1
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 引言12-13
• 1.2 嵌入式系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景13-16
• 1.3 論文的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點16-17
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)17-18
• 1.5 本章小結(jié)18-20
• 第二章 關(guān)鍵技術(shù)研究20-32
• 2.1 嵌入式調(diào)試系統(tǒng)模型20-21
• 2.2 CMSIS-DAP調(diào)試協(xié)議21-27
• 2.2.1 CMSIS DAP協(xié)議概述22-24
• 2.2.2 CMSIS DAP協(xié)議棧具體命令24-27
• 2.3 CoreSight調(diào)試接口27-31
• 2.3.1 CoreSight調(diào)試接口概述28-30
• 2.3.2 CoreSight調(diào)試接口具體運行方式30-31
• 2.4 小結(jié)31-32
• 第三章 GDB遠(yuǎn)程串行調(diào)試協(xié)議32-43
• 3.1 GDB服務(wù)器與GDB RSP介紹32-35
• 3.1.1 會話層33
• 3.1.2 表示層33-34
• 3.1.3 應(yīng)用層34
• 3.1.4 嵌入式系統(tǒng)中的GDB服務(wù)器34-35
• 3.2 GDB RSP協(xié)議細(xì)節(jié)35-42
• 3.2.1 通信流程35-36
• 3.2.2 命令映射流程36-42
• 3.3 小結(jié)42-43
• 第四章 基于CMSIS DAP協(xié)議的硬件調(diào)試器的設(shè)計與實現(xiàn)43-54
• 4.1 設(shè)計方案介紹43-44
• 4.2 硬件設(shè)計44-48
• 4.2.1 微處理器最小系統(tǒng)電路44-45
• 4.2.2 USB驅(qū)動電路45-46
• 4.2.3 SWD接口電路46
• 4.2.4 電源電路46-48
• 4.3 固件設(shè)計48-53
• 4.3.1 USB HID協(xié)議棧的設(shè)計48-51
• 4.3.2 CMSIS DAP協(xié)議棧設(shè)計51-53
• 4.4 小結(jié)53-54
• 第五章 基于Python的跨平臺GDB服務(wù)器的設(shè)計與實現(xiàn)54-84
• 5.1 軟件架構(gòu)54-57
• 5.2 子模塊的設(shè)計與實現(xiàn)57-70
• 5.2.1 頂層模塊的實現(xiàn)57-58
• 5.2.2 GDB遠(yuǎn)程調(diào)試協(xié)議的實現(xiàn)58-61
• 5.2.3 CoreSight DAP模塊的實現(xiàn)61-64
• 5.2.4 基于CoreSight接口的調(diào)試命令實現(xiàn)64-67
• 5.2.5 Flash程序下載功能的實現(xiàn)67-70
• 5.3 驅(qū)動的設(shè)計與軟件發(fā)布70-74
• 5.3.1 跨平臺驅(qū)動的設(shè)計71-73
• 5.3.2 軟件的發(fā)布73-74
• 5.4 調(diào)試系統(tǒng)性能測試與優(yōu)化74-82
• 5.4.1 測試平臺74-75
• 5.4.2 功能測試75-79
• 5.4.3 性能測試79-82
• 5.4.4 驅(qū)動的優(yōu)化探討82
• 5.5 小結(jié)82-84
• 第六章 總結(jié)84-87
• 6.1 課題總結(jié)84-86
• 6.2 課題展望86-87
• 參考文獻87-92
• 碩士在讀期間的科研成果92-93
• 致謝93

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