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ARM子系统运行流程控制和异常定位分析
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2017-10-20
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引言
随着多核产品的日益普及，对跟踪调试系统解决方案的性能要求也愈来愈高。ARM公司针对复杂片上系统（SoC）设计推出了高度可配置的跟踪调试解决方案ARMCoreSightSoC，它满足了软件开发人员在SoC设计方面需要更高可视性的要求。在嵌入式应用系统复杂性越来越高的今天，跟踪调试技术在整个系统开发过程中所占的比重也越来越大。因此，拥有高效、强大的跟踪调试技术可以大大减少整个系统的开发时间，缩短产品面市时间，减轻系统开发的工作量。
在TD-LTE多模基带平台的开发中，既要满足多种模式（TD-LTE、TD-SCDMA和GSM）下跟踪技术的一致性，又要满足TD-LTE的高效率要求，更要保证跟踪信息的有序性、正确性和实时性，这对跟踪技术提出了更高的要求。通过对原始跟踪技术方案与新跟踪方案的性能进行对比分析，来选择更加适合TD-LTE多模基带平台的跟踪软件技术。
1 总体概述
在多模终端的开发中，跟踪技术对终端的性能有着至关重要的作用。由于本项目是多模单带芯片的开发，多种系统的模式切换对微处理器的要求较高，鉴于ARM11系列处理器具有超强的性能，采用ARM新指令架构——ARMv6设计实现，故本项目采用ARM1176JZ内核。
ARMv6架构通过以下几点来增强处理器的性能：
①多媒体处理扩展，使MPEG4编码／解码速度和音频处理速度加快一倍；
②增强的Cache结构，实地址Cache4减少Cache的刷新和重载，减少上下文切换的开销；
③增强的异常和中断处理，使实时任务的处理更加迅速；
④支持Unaligned和Mixed-endian数据访问，使数据共享、软件移植更简单，也有利于节省存储器空间。
在多模芯片的开发中，本项目将跟踪技术作为芯片软件开发中的一个小模块来处理，其系统结构如图1所示。
当其他模块有跟踪信息打印时，其他模块调用TRACE模块提供的打印函数。TRACE模块接收到打印信息后，通过设置打印参数来判断是否需要把这些打印信息发送到PC机。如果需要，则通过UART串口将打印信息传送到PC机的TRACE跟踪软件，TRACE模块对其进行解码之后，通过解码软件显示出来。
2 原始跟踪方案
2．1 缓存管理机制
原方案中的缓存管理机制采用备份缓存管理机制，采用含跟踪头和跟踪信息的跟踪信息帧格式，将跟踪信息写入一个大小为128 KB的全局跟踪信息缓存中。为避免在任务切换频繁时，当前任务被高优先级任务打断造成数据丢失，申请一个16 KB的备份缓存用于存放高优先级任务跟踪信息。若当前跟踪源在进行写人操作，高优先级任务调用跟踪接口，当前跟踪源的任务就被抢占，则将高级任务的跟踪信息写入备份缓存中，当前跟踪源继续进行当前未完成的写操作。
每次写完当前跟踪信息，检查备份缓存中是否有数据，若有，则将备份缓存中的跟踪信息拷回至全局跟踪信息缓存中，从而保证全局跟踪信息缓存中跟踪信息的连续性，原始方案跟踪缓存场景图如图2所示。在本方案中，缓存机制内部采用svnsprintf函数将跟踪信息写入缓存，该函数可以满足跟踪源打印多个变量的值，通过遍历参数列表，找出跟踪源需要打印参数的类型和个数，这样跟踪源在打印动态临时字符串时使用统一的跟踪接口，使其他模块的跟踪源在使用跟踪接口时更加方便。
随着多核产品的日益普及，对跟踪调试系统解决方案的性能要求也愈来愈高。ARM公司针对复杂片上系统（SoC）设计推出了高度可配置的跟踪调试解决方案ARMCoreSightSoC，它满足了软件开发人员在SoC设计方面需要更高可视性的要求。在嵌入式应用系统复杂性越来越高的今天，跟踪调试技术在整个系统开发过程中所占的比重也越来越大。因此，拥有高效、强大的跟踪调试技术可以大大减少整个系统的开发时间，缩短产品面市时间，减轻系统开发的工作量。
在TD-LTE多模基带平台的开发中，既要满足多种模式（TD-LTE、TD-SCDMA和GSM）下跟踪技术的一致性，又要满足TD-LTE的高效率要求，更要保证跟踪信息的有序性、正确性和实时性，这对跟踪技术提出了更高的要求。通过对原始跟踪技术方案与新跟踪方案的性能进行对比分析，来选择更加适合TD-LTE多模基带平台的跟踪软件技术。
1 总体概述
在多模终端的开发中，跟踪技术对终端的性能有着至关重要的作用。由于本项目是多模单带芯片的开发，多种系统的模式切换对微处理器的要求较高，鉴于ARM11系列处理器具有超强的性能，采用ARM新指令架构——ARMv6设计实现，故本项目采用ARM1176JZ内核。
ARMv6架构通过以下几点来增强处理器的性能：
①多媒体处理扩展，使MPEG4编码／解码速度和音频处理速度加快一倍；
②增强的Cache结构，实地址Cache4减少Cache的刷新和重载，减少上下文切换的开销；
③增强的异常和中断处理，使实时任务的处理更加迅速；
④支持Unaligned和Mixed-endian数据访问，使数据共享、软件移植更简单，也有利于节省存储器空间。
在多模芯片的开发中，本项目将跟踪技术作为芯片软件开发中的一个小模块来处理，其系统结构如图1所示。
当其他模块有跟踪信息打印时，其他模块调用TRACE模块提供的打印函数。TRACE模块接收到打印信息后，通过设置打印参数来判断是否需要把这些打印信息发送到PC机。如果需要，则通过UART串口将打印信息传送到PC机的TRACE跟踪软件，TRACE模块对其进行解码之后，通过解码软件显示出来。
2 原始跟踪方案
2．1 缓存管理机制
原方案中的缓存管理机制采用备份缓存管理机制，采用含跟踪头和跟踪信息的跟踪信息帧格式，将跟踪信息写入一个大小为128 KB的全局跟踪信息缓存中。为避免在任务切换频繁时，当前任务被高优先级任务打断造成数据丢失，申请一个16 KB的备份缓存用于存放高优先级任务跟踪信息。若当前跟踪源在进行写人操作，高优先级任务调用跟踪接口，当前跟踪源的任务就被抢占，则将高级任务的跟踪信息写入备份缓存中，当前跟踪源继续进行当前未完成的写操作。
每次写完当前跟踪信息，检查备份缓存中是否有数据，若有，则将备份缓存中的跟踪信息拷回至全局跟踪信息缓存中，从而保证全局跟踪信息缓存中跟踪信息的连续性，原始方案跟踪缓存场景图如图2所示。在本方案中，缓存机制内部采用svnsprintf函数将跟踪信息写入缓存，该函数可以满足跟踪源打印多个变量的值，通过遍历参数列表，找出跟踪源需要打印参数的类型和个数，这样跟踪源在打印动态临时字符串时使用统一的跟踪接口，使其他模块的跟踪源在使用跟踪接口时更加方便。
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