在
嵌入式開(kāi)發(fā),經(jīng)常用到JTAG仿真器。JTAG仿真器可以滿足
嵌入式程序調(diào)試的基本要求：斷點(diǎn)設(shè)置、單步調(diào)試、內(nèi)存編輯、變量、寄存器觀測(cè)等。而斷點(diǎn)設(shè)置是JTAG仿真器最基本的調(diào)試功能。用戶(hù)需要系統(tǒng)在設(shè)置斷點(diǎn)處停下來(lái)后再進(jìn)行調(diào)試。斷點(diǎn)根據(jù)原理和用途不同又分為幾個(gè)不同的種類(lèi)。
斷點(diǎn)可分為硬件斷點(diǎn)和軟件斷點(diǎn)兩大類(lèi)：
1．硬件斷點(diǎn)需要目標(biāo)CPU的硬件支持，當(dāng)前流行的ARM7/9內(nèi)部硬件設(shè)計(jì)提供兩組寄存器用來(lái)存貯斷點(diǎn)信息，所以ARM7/9內(nèi)核最多支持兩個(gè)硬件斷點(diǎn)，而ARM11則可以支持到8個(gè)硬件斷點(diǎn)。這與調(diào)試器無(wú)關(guān)。
硬件斷點(diǎn)可以設(shè)置在任何位置的代碼上，包括ROM和RAM；而軟件斷點(diǎn)由于需要修改相應(yīng)地址的值，所以一般只能設(shè)在RAM上，但是數(shù)量可以不受限制。由于硬件斷點(diǎn)設(shè)置的靈活性，所以是最優(yōu)先選用的斷點(diǎn)資源，但是兩個(gè)斷點(diǎn)往往很難滿足工程師進(jìn)行深入調(diào)試的需要，于是軟件斷點(diǎn)可以作為硬件斷點(diǎn)的補(bǔ)充資源來(lái)使用。
2．軟件斷點(diǎn)則是通過(guò)在代碼中設(shè)置特征值的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)需要在某地址代碼處設(shè)置軟件斷點(diǎn)的時(shí)候，仿真器會(huì)先將此處代碼進(jìn)行備份保護(hù)，然后將預(yù)先設(shè)定好的斷點(diǎn)特征值(一般為0x0000等不易與代碼混淆的值)寫(xiě)入此地址，覆蓋原來(lái)的代碼數(shù)據(jù)。當(dāng)程序運(yùn)行到此特征值所在的地址時(shí)，仿真器識(shí)別出此處是一個(gè)軟斷點(diǎn)，便會(huì)產(chǎn)生中斷。當(dāng)取消斷點(diǎn)時(shí)，之前受保護(hù)的代碼信息會(huì)被自動(dòng)恢復(fù)。
3. 由于通常的軟件斷點(diǎn)只能設(shè)在RAM運(yùn)行的代碼上，而隨著系統(tǒng)的代碼量越來(lái)越大，特別是在移動(dòng)通信領(lǐng)域，擴(kuò)充大容量的RAM勢(shì)必會(huì)增加產(chǎn)品的成本，所以現(xiàn)在很多系統(tǒng)直接在FlashROM上運(yùn)行代碼。對(duì)于這種在FlashROM上運(yùn)行代碼的系統(tǒng)，一般的軟件斷點(diǎn)是無(wú)法設(shè)置的，這也是軟件斷點(diǎn)的局限性。對(duì)于這樣的系統(tǒng)，只能通過(guò)交替使用兩個(gè)硬件斷點(diǎn)滿足需要，但是會(huì)帶來(lái)一定的不便。
要很好的解決這一矛盾，只有使仿真器增加在FlashROM上設(shè)置軟件斷點(diǎn)的功能，拓展仿真器中可供利用的斷點(diǎn)資源。例如，日本橫河計(jì)算機(jī)株式會(huì)社(YDC)最新推出的高端ARM仿真器—advicePRO，就是第一個(gè)支持Flash斷點(diǎn)的ICE仿真器產(chǎn)品。
在FlashROM上設(shè)置軟件斷點(diǎn)的原理與在RAM上設(shè)置軟斷點(diǎn)類(lèi)似，也是在設(shè)定的斷點(diǎn)處用特征碼替換原有代碼，通過(guò)識(shí)別特征碼使斷點(diǎn)事件發(fā)生。不同的是，在FlashROM上設(shè)置軟件斷點(diǎn)需要對(duì)Flash進(jìn)行擦寫(xiě)操作，這就需要仿真器能夠有Flash編程功能，并且能夠在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成特征碼的寫(xiě)入。完成這一系列的讀寫(xiě)操作，就可使在FlashROM上調(diào)試代碼的工程師獲得更充裕的斷點(diǎn)資源，從而大大提高了開(kāi)發(fā)效率。
除了JTAG 仿真器, GDB 是調(diào)試的另一有力武器。
信號(hào)是實(shí)現(xiàn)GDB斷點(diǎn)功能的基礎(chǔ)。以x86為例，向某個(gè)地址打入斷點(diǎn)，實(shí)際上就是往該地址寫(xiě)入斷點(diǎn)指令I(lǐng)NT 3，即0xCC。目標(biāo)程序運(yùn)行到這條指令之后就會(huì)觸發(fā)SIGTRAP信號(hào)，gdb捕獲到這個(gè)信號(hào)，根據(jù)目標(biāo)程序當(dāng)前停止位置查詢(xún)gdb維護(hù)的斷點(diǎn)鏈表，若發(fā)現(xiàn)在該地址確實(shí)存在斷點(diǎn)，則可判定為斷點(diǎn)命中。
GDB的指令級(jí)單步
所謂指令級(jí)單步就是指gdb控制目標(biāo)程序只運(yùn)行一條指令之后即停止。指令級(jí)單步是next/step (
C語(yǔ)言源碼級(jí))、nexti/stepi(指令級(jí))等運(yùn)行類(lèi)調(diào)試命令的基礎(chǔ)。指令級(jí)單步有硬件單步和軟件單步之分。所謂硬件單步是指cpu
架構(gòu)本身就支持指令級(jí)單步，目標(biāo)程序可以在運(yùn)行一條指令之后自動(dòng)停止。所謂軟件單步是指cpu架構(gòu)不支持指令級(jí)單步，需要gdb用軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)指令級(jí)單步。(arm架構(gòu)的kprobe也采用類(lèi)似的方法)
支持硬件單步的架構(gòu)如x86和ppc。對(duì)于x86，可通過(guò)設(shè)置EFLAGS寄存器中的TF標(biāo)志來(lái)將cpu置于單步模式。對(duì)于ppc，則可通過(guò)設(shè)置MSR寄存器中的SE標(biāo)志來(lái)將cpu置于單步模式。在單步模式中，cpu每執(zhí)行一條指令，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)單步異常，通知gdb進(jìn)行處理。
不支持硬件單步的架構(gòu)如arm和mips。對(duì)于此類(lèi)架構(gòu)，gdb采用的是用臨時(shí)的軟件斷點(diǎn)來(lái)模擬單步的方法。即在需執(zhí)行指令的下一條指令處臨時(shí)插入一個(gè)斷點(diǎn)，然后讓目標(biāo)程序繼續(xù)運(yùn)行，它會(huì)在執(zhí)行完當(dāng)前指令之后遇到下一條指令處的臨時(shí)斷點(diǎn)，于是目標(biāo)程序停止，通知gdb命中斷點(diǎn)，gdb再將此斷點(diǎn)刪除，由此來(lái)完成指令級(jí)單步的過(guò)程。（插入臨時(shí)斷點(diǎn)需要gdb實(shí)現(xiàn)代碼分支預(yù)測(cè)的功能）
step 和 next 的區(qū)別：
對(duì)于簡(jiǎn)單語(yǔ)句，step完全等同于next。唯一不同的是，若單步過(guò)程中遇到函數(shù)調(diào)用，step命令將停止在子函數(shù)的起始處，而不是將其跨越（無(wú)調(diào)試信息的子函數(shù)除外）。
參考
http://www.eet-china.com/ART_8800448644_480401_TA_b5f39204.HTM
