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边界扫描技术研究及ARM JTAG调试器的设计与实现

作　者: 黄海权
导　师: 罗蕾; 刘东
学　校: 电子科技大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: JTAG仿真器 ARM仿真器 EmbeddedICE
分类号: TP332
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 23次
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内容摘要


ARM处理器在现代的嵌入式电子产品中广泛应用，特别在通信、工业控制、自动化等行业更是应用广泛，目前ARM处理已经成为嵌入式电子产品中使用做多的处理器。ARM JTAG仿真器作为ARM系统开发工具链的重要组成部分之一，对软硬件开发和调试的效率、最终交付系统的稳定性和健壮性、降低系统开发难度等方面都产生重要影响。目前，JTAG仿真器已经应用于ARM系统的软硬件研发工作之中，但高性能的JTAG调试器基本都由国外公司研发，因此价格昂贵，难以在一般开发者和小微企业普及；而国内低价的JTAG调试器由于技术方案等问题往往性能较差且不够稳定，不支持一些高级调试功能（如高速下载、硬件断点、数据断点、FLASH编程等），无法满足大规模软件开发调试的需求。本论文正是针对上述问题，在深入分析TAP控制器、ARM EmbeddedICE等技术的基础上，对GDB调试技术、RSP协议、μC/OS-II和LwIP等关键技术进行较深入的研究和试验，设计采用AT91SAM9260处理器芯片的ARM JTAG仿真器，全面支持ARM7和ARM9系列内核的调试、支持JTAG时钟速率可编程，具有10/100M自适应网络、USB等通信接口。本研究课题主要内容包括：1.研究ARM JTAG调试原理，在对TAP控制器、EmbeddedICE逻辑、边界扫描链进行分析的基础之上，确定ARM JTAG仿真器的设计思路、方案以及基本实现方法。2.在ARM JTAG调试原理的分析基础之上，提出ARM JTAG的设计需求和规格单，并基于此提出以AT91SAM9260为处理器的硬件架构的JTAG仿真器硬件设计方案，该方案支持10/100M自适应以太网、RS232串口、USB等通信接口，支持宽输入电压范围；针对被调试目标处理可能存在多种电压的实际情况，设计了具有目标处理器电压自适应能力的JTAG接口；在给出设计方案的同时，针对关键部分的电路设计给出详细的设计原理图和器件选型依据和设计原理分析。3.按照课题的设计需求和规格要求，设计基于μC/OS-II和LwIP的软件整体架构；针对需要支持高速下载，JTAG时钟速率可编程等需求，设计了一套高性能的JTAG微指令逻辑；同时，对RSP协议、GDB命令解析器、JTAG调试命令接口等方面进行了比较详细的静态接口设计说明和动态流程设计说明。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 课题研究的目的及意义  11-12
  1.2 课题关键技术及主要工作  12-16
  1.3 论文的章节安排  16-17
第二章 ARM JTAG 调试原理分析  17-32
  2.1 边界扫描介绍  17-18
  2.2 TAP 控制器  18-24
  2.3 ARM 处理器调试构架  24-28
    2.3.1 EMBEDDEDICE 逻辑  24-25
    2.3.2 TAP 控制器指令  25-26
    3.3.3 数据寄存器及扫描链  26-27
    2.3.4 ARM 核状态与模式切换  27-28
  2.4 ARM7/9 内核 JTAG 调试原理  28-31
    2.4.1 检测内核的系统状态  28-29
    2.4.2 调试态下 PC 寄存器  29
    2.4.4 调试控制寄存器与调试状态寄存器  29-31
  2.5 小结  31-32
第三章 仿真器硬件设计与实现  32-41
  3.1 AT91SAM9260 处理器介绍  32-33
  3.2 基于 AT91SAM9260 的硬件系统设计  33-34
  3.3 JTAG 接口设计  34-38
  3.4 以太网接口设计  38-39
  3.5 其它接口设计  39-40
  3.6 小结  40-41
第四章 仿真器软件设计与实现  41-77
  4.1 仿真器软件整体设计  42-46
  4.2 ΜC/OS-II 操作系统移植  46-49
  4.3 LWIP 协议栈分析  49-54
  4.4 RSP 协议与 GDB 命令解析器设计  54-60
  4.5 JTAG 调试协议设计与实现  60-76
    4.5.1 JTAG 控制逻辑微指令设计  60-66
    4.5.2 JTAG 调试指令接口设计  66-69
    4.5.3 JTAG 调试命令接口运行流程  69-76
  4.6 小结  76-77
第五章 仿真器的测试  77-82
第六章 结论  82-83
  6.1 本文的主要贡献  82
  6.2 下一步工作的展望  82-83
致谢  83-84
参考文献  84-86

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 电子数字计算机（不连续作用电子计算机） > 运算器和控制器（CPU）
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