摘要:本文论述了基于ARM7内核的嵌入式应用程序调试技术，针对其中的难点：如何调试固化在ROM中的代码，如何使用软件模拟器模拟外部设备进行了详细分析。
关键字:ARM，调试器，软件模拟器
The debugging of embedded applICation based on ARM7 core
Wangjinglin SujieZhanhengkong
(Information Engineering University)
Abstrct:This article discussed the debugging of embedded appliction based on ARM7 core。simulating peripheral with the SOFtware simulator and source-level debugging of ROM images were analyzed in detail.
Keywords:ARM7,Debugger, Software simulator
引言：
嵌入式处理器是一个复杂的高技术系统,要在短时间内掌握并开发出所有功能是很不容易的,而市场竞争则要求产品能够快速上市,这一矛盾要求嵌入式处理器能够有容易掌握和使用的开发工具平台。提高用户和程序员的时间-投入回报率。
在PDA,STB,DVD等消费类电子产品以及GPS,航空,勘探,测量等军方产品中都得到了广泛应用的ARM处理器具备完善的开发工具平台，包括ARM公司和第三方提供的软件开发工具包、软件模拟器、目标板监控器、基于JTAG接口的在线实时仿真器以及针对不同微控制器（以ARM为内核）的评估板和开发板，给用户提供了不同的选择。
嵌入式应用程序的调试贯穿整个系统的开发过程，它提供纠正软硬件错误改进系统性能的依据，有效使用调试工具能够提高效率，缩短开发周期，增强产品的市场竞争力。
本文为基于ARM7的嵌入式系统开发过程中的调试难点提供了解决方案。
1．ARM公司调试工具介绍
ARM调试工具包括Angel，软件模拟器ARMulator，在线实时仿真器Multi_ICE 或EmbeddeDICE。
（1）Angel系统包括在主机上运行的调试器和在目标机上运行的Monitor， 通过串口通信，具有基本调试、通信、任务管理、异常行为处理等功能，支持C库。缺点是需要占用目标机系统资源，如串口，ROM，RAM等，优点是成本低。
（2）ARMulator独立于处理器硬件,是一种有效的源程序检验和测试工具。但值得注意的是,模拟器毕竟是以一种处理器模拟另一种处理器的运行,在指令执行时间、中断响应、定时器等方面很可能与实际处理器有相当的差别。另外它无法和ICE(在线实时仿真器)一样,仿真嵌入式系统在应用系统中的实际执行情况。
（3）Multi_ICE 或EmbeddedICE通过JTAG端口与目标系统联接，价格昂贵，但使用方法简单，调试快捷方便，无需占用系统资源。它可以设置实时地址和数据独立的断点、单步执行、对ARM内核完全存取和控制、对ASIC系统完全存取、完全存储器存取(读/写)、完全I/O系统存取(读/写)。EmbeddedICE 和Multi-ICE 还可以使嵌入式微处理器存取主机系统的外设,如显示器,键盘输入,和磁盘驱动存储器。
串口或并口 JTAG端口
2.调试过程
调试应该解决三个问题： 应用程序在许多极小的用户事件中是否表现出预期行为？应用程序执行是否可靠？应用程序是否满足了设计要求？所以调试分三个阶段：快速定型阶段，验证阶段和有效性确认阶段。
（1）快速定型使程序员熟悉应用程序行为，确定在许多极小的用户事件中程序工作是否符合预想。
（2）验证阶段仿真器应检测到的如下问题：算法错误（如指针溢出，除0）、死源代码、队列溢出、死锁、活锁。
注：当一些事件围绕一个封闭的对象循环触发了一个无限消息流，如果没有其他事件中止这个循环的消息流，消息流将会变得不确定，这种状态叫做活锁。活锁虽然浪费系统资源，但可能不会妨碍系统继续工作，所以当发生活锁时，有可能造成设计正确运转的假象。
（3）有效性确认阶段是检验应用程序表现出的行为是否总是符合预想（有效性），是否从不产生违反规则的行为（安全性），这对于实时系统尤其重要。
3．调试难点分析
3.1使用软件模拟器模拟外部设备
ARMulator—ARM公司提供的软件模拟器，是一个仿真各种ARM内核结构和指令集的程序。它与ARM调试器联接，提供了在PC主机系统和支持的工作站上开发ARM软件的环境，该环境是硬件独立的。下面以Armulator为例说明使用软件模拟器模拟外部设备的方法。ARMulator包括4个组成部分：
(1)ARM处理器内核模型：处理ARM内核与调试器之间的所有通信，不允许用户修改。
(2)存储器接口：在ARM模型与存储器模型或存储器管理单元模型之间传递数据。
(3)协处理器接口：处理ARM内核与协处理器之间的通信。
(4)操作系统接口：提供程序运行环境。
ARMulator核心能够表现处理器的内核和高速缓存，但是在C源代码中描述的存储器系统可以由用户设定为任意目标系统模型。ARMulator核心与存储器模型之间的接口体现了ARM内核的引脚接口，包括为该存储器模型在nFIQ和nIRQ引脚上产生中断的能力。
用户通过修改或重写缺省的模型，几乎可以模拟所有基于ARM处理器的系统，用来调试硬件相关代码。当模拟外设时，用户需要ARMulator 能够仿真外部事件的发生，为此ARMulator提供了两个例程辅助事件调度：ARM_Time用来返回从系统复位到当前的时间片数目；ARMul_ScheduleEvevt允许在一定时间后调用某个程序。
下面通过一个仿真并行端口的实例来说明具体方法，要求该并行口产生一个中断，然后从一个文本文件中读出一个字符放入存储器中。实现步骤如下：
(1)建立新的存储器模型。首先拷贝一份ARMulator的存储器模型，作相应修改，创建parallel.c文件，添加两个变量：中断产生标志和指向要访问的文本文件的指针，添加一个新程序parallel_set_irq用来触发中断并设置中断产生标志为1。
(2)修改models.h和makefile。在models.h中添加MEMORY（Parallel）作为新的存储器模型的根入口。编译parallel.c产生目标文件添加到makefile中的目标文件列表中。
(3)添加新模型到ARMulator，并在PC机上使用微软的Visual C++重建“ARMULATE.DLL”，产生新的ARMulator。
(4)修改armul.cnf，选择该存储器模型。
当应用程序访问一个特定存储器地址（如0x123450）时，ARMul_ScheduleEvent函数被激活。ARMul_ScheduleEvent函数在20000个时间片后调用parallel_set_irq，从而产生一个中断服务请求，系统进入中断服务程序（由应用程序设置中断向量安装ISR），中断服务程序从另一个预定义的位置(如 0x123460 )读出一个字符，并清除并行端口的中断源，返回应用程序。
这种方法与用户使用的ARM调试器没有关系，因为它是软件模拟器的一部分，不属于调试器。这是一项非常有用的技术，可以扩展到用C语言为整个系统建立模型。例如，它可能模拟一个PDA系统，包括键盘，定时器，并行接口，液晶显示屏等等。
