[发明专利]一种微控制器嵌入式在线仿真调试系统

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路设计领域，尤其涉及一种微控制器(微控制器)的嵌入式在线仿真调试系统。

背景技术

微控制器的嵌入式在线仿真调试系统，在以微控制器为核心的应用系统开发过程中是开发人员一件不可或缺的重要工具。在以往的工程领域应用中，通常是用外置的在线仿真器来对程序存储器和芯片内部进行扫描检测。这种外置的在线仿真器结构极其复杂，价格昂贵。在对芯片内部时序，实时输入输出以及总线检测方面的能力不能满足工程领域的精确要求。从另一个角度来说，因为外置在线仿真器通常并不精确的和每一版芯片内部结构一一对应，它和芯片在物理上属于两个实体，所以检测能力和精度很难提升，性价比方面表现差强人意。

在目前的微控制器设计领域，在线调试系统和微控制器的相互依存关系越来越紧密，将两个系统整合到一个芯片内部是趋势所在。在一个基于微控制器的微控制器控制系统中，在芯片的设计阶段芯片就要通过在线仿真器系统的各种功能进行测试验证，应用领域中更离不开在线仿真器系统对芯片内部的调控监视，所以，将在线仿真器系统嵌入到芯片内部，将会极大的提高微控制器设计应用系统的性能，降低系统成本。

本发明将把在线仿真器系统的所有功能嵌入到微处理芯片中。成为一个运行在芯片内部的专用调试系统模块，外部通讯接口采用国际标准串行边界扫描技术对芯片内部进行边界扫描，本系统可以控制芯片由正常模式转入调试模式。通过标准测试编辑扫描接口，程序可从微控制器内部存储器中任何位置读入读出，支持目标系统单步调试，实时查看或修改芯片内部特殊寄存器，内部数据存储器和程序存储器内容，监控地址总线和数据总线，实现实时逻辑跟踪。

目前的芯片仿真器多为外置，大致分为两种方式：

1、由仿真器的仿真头来完全取代目标板上的微控制器进行工作，产生外部电路所需要的信号，同时捕获外部的所有信号，提供源代码级调试及处理器运行控制等功能，通过它可以启动和停止目标系统，查阅和修改寄存器和存储器，在需要控制或查看内部处理器运行的地方设置断点。但是随着处理器的性能和复杂性的飞速发展，这种微控制器在线仿真器提供的时间严重滞后于芯片本身的生命周期，而且价格昂贵，可扩展性差，没有完善的触发，高速定时或模拟分析功能，对芯片内部更深层次的时序和内部动态运行监控能力差。

2、一部分功能已经集成到芯片内部，另一部分通过外置的微控制器在线仿真器进行操控完成。这中主要针对那些具有标准测试边界扫描调试端口的处理器，目前几乎所有的高速嵌入式处理器都有标准测试边界扫描调试接口，仿真器通过调试口控制微控制器运行，但实际运行还是要处理器自身来产生，因此要求在目标板能够调试之前，必须保证处理器，晶振及内存等部件正常运行，这种微控制器在线仿真器不能实时跟踪和处理微控制器内部总线的代码流。

随着微处理器品种的增多和速度的提高，微处理器内部结构越来越复杂，功能也越来越强大。许多新型微处理器中包含仿真器不可见的高速缓存，内部时钟速率一般比总线速率高出好几倍，再用外接在线仿真器替代目标处理器的方法来实现仿真已经变的越来越困难，解决的办法就是将微控制器在线仿真器嵌入到处理器内部，使用边界扫描技术，通过通讯接口与微控制器通信，这样做的好处是巨大的，可以降低在线仿真器的成本，减少引脚，连接方便，属于完全非插入式(既不使用片上资源)调试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微控制器配置接口操作方法，通过配置接口电路，解决了芯片测试操作方法兼容性问题，节省了电路面积，使得测试更加简单，同时也使得芯片的可测性设计更加合理。

本发明是通过以下技术方法实现的：一种微控制器嵌入式在线仿真调试系统，包括通讯端口控制模块，状态控制模块，调试指令控制模块，硬件断点监视触发模块，上述各模块通过主机发送的专用调试指令集到芯片内部来控制整个在线仿真调试系统工作；其中，通讯端口控制模块控制整个系统与外部主机，系统其他模块的数据通讯，以及对外部调试命令的解码，控制操作；状态控制模块进行整个系统的数据处理，状态控制，各种寄存器操作；调试指令控制模块根据外部输入调试指令产生输出到微控制器中的调试执行代码；硬件断点监视触发模块监视微控制器的程序数据总线，程序地址总线，特殊功能寄存器数据总线，特殊功能寄存器地址总线，内部数据存储器地址总线，内部数据存储器数据总线，外部数据存储器地址总线，外部数据存储器数据总线的实时变化，根据设置条件触发硬件断点。