ARM CoreSight相关模块简介

最近在学习ARM CPU软硬件开发,对于CoreSight看到很多模块,简单总结了下。

1. DAP

ARM DAP (Debug Access Port) 的主要作用是为调试工具提供直接访问 ARM 处理器和其它相关硬件的途径。DAP 是 ARM CoreSight 调试和追踪技术的一部分,它允许开发者进行实时调试和分析。

以下是 DAP 的具体功能和作用:

  1. 内存和寄存器访问:
    DAP 允许调试工具读取和写入处理器的内存和寄存器。这对于检查和修改程序状态、变量值和硬件配置等非常有用。
  2. 控制处理器运:
    DAP 可以控制处理器的运行和暂停状态。开发者可以使用 DAP 来启动、停止、重置处理器,使得可以在任何时候暂停程序运行并检查其状态。
  3. 断点和监视点:
    通过 DAP,开发者可以设置断点和监视点来暂停程序执行,以便于调试。断点允许在特定位置停止代码执行,而监视点可以触发暂停当满足特定的内存访问条件。
  4. 实时调试:
    DAP 支持实时调试,允许开发者在不中断程序执行的情况下访问处理器状态。这对于实时系统和应用程序的调试非常有价值,因为它们需要连续运行而不能被中断。
  5. 支持 JTAG 和 SWD:
    DAP 通常通过 JTAG (Joint Test Action Group) 或 SWD (Serial Wire Debug) 接口与调试工具连接。JTAG 提供多功能和高性能的调试访问,而 SWD 则是一种更简单、更高效的序列化接口。

在系统开发中的作用:

  1. 错误诊断和修复:
    开发者可以使用 DAP 来诊断和修复软件和硬件错误。通过实时访问内存和寄存器、设置断点和监视点,开发者可以识别、分析并解决问题。
  2. 性能分析:
    虽然 DAP 主要用于调试,但它也可以用于分析系统性能。通过检查处理器状态和内存访问,开发者可以识别性能瓶颈和优化机会。
  3. 硬件和软件集成:
    DAP 有助于硬件和软件的集成。开发者可以使用 DAP 来测试和验证软件与硬件的交互和兼容性。

总之,ARM DAP 是 ARM 调试和追踪技术的核心组件,为开发者提供了强大的硬件调试和分析工具。

2. TPIU

ARM TPIU (Trace Port Interface Unit) 是 ARM CoreSight 调试和追踪架构的一部分,负责处理和输出处理器和其他 CoreSight 组件的追踪数据。TPIU 捕获和格式化追踪数据,并将其传输到外部的追踪接收设备或其他分析工具。

以下详细说明了 TPIU 的作用和功能:

  1. 追踪数据格式化:
    TPIU 对从处理器和其他 CoreSight 组件(如 ETM)收集到的追踪数据进行格式化。
  2. 追踪数据输出:
    它将格式化后的追踪数据输出到外部追踪接收和分析设备,例如调试探头、逻辑分析仪或 PC 上的调试和分析软件。
  3. 配置输出格式和速率:
    TPIU 可以配置不同的输出格式和数据速率,以适应不同的追踪接收设备和调试需求。
  4. 实时追踪:
    通过 TPIU,开发者可以实时捕获和分析系统的执行追踪数据,帮助识别、调试和优化性能和功能问题。
  5. 追踪数据缓冲和存储:
    在某些配置中,TPIU 可能还支持追踪数据的缓冲和存储,以便稍后分析。
    在系统开发和调试中的应用:
  6. 性能分析:
    TPIU 使得开发者能够捕获详细的运行时追踪数据,用于分析和优化代码和系统性能。
  7. 功能验证和错误诊断:
    通过分析 TPIU 输出的追踪数据,开发者可以验证系统功能、识别错误和问题、并进行诊断和修复。
  8. 软硬件集成:
    TPIU 提供的实时追踪数据有助于硬件和软件的集成测试,使开发者能够了解和验证它们的交互和协同作用。
  9. 系统行为分析:
    TPIU 提供的详细追踪数据可以用于深入分析系统的运行行为,帮助开发者了解和优化系统的响应时间、资源利用率和其他关键性能指标。

总之,ARM TPIU 是 CoreSight 追踪技术的关键组件,它提供了实时、详细的追踪数据输出功能,支持开发者在开发、调试和优化 ARM 基础的嵌入式系统和应用程序中进行深入分析。

3. ETM

ARM ETM (Embedded Trace Macrocell) 是一种用于处理器执行追踪的技术。

其主要作用和功能如下:

  1. 详细的执行追踪:
    ETM 提供详细的实时信息,包括每一条被执行的指令、数据读写、分支和函数调用等。它能够生成一个完整的程序执行记录,帮助开发者了解程序是如何在处理器上执行的。
  2. 性能调优和分析:
    通过分析 ETM 提供的追踪数据,开发者可以识别和解决性能问题,优化代码,提升系统的性能和效率。
  3. 系统和应用程序调试:
    ETM 支持高级调试功能,例如条件追踪、数据地址追踪和滤波等,帮助开发者诊断和修复错误,验证算法和功能。
  4. 与 CoreSight 架构的集成:
    ETM 是 ARM CoreSight 调试和追踪架构的一部分,可以与其它 CoreSight 组件(例如 DAP, CTI, TPIU 等)协同工作,提供全面的调试和分析解决方案。
  5. 安全和可靠性验证:
    在嵌入式系统和实时应用中,ETM 可以用来验证系统的安全和可靠性特性,确保系统行为符合设计要求和标准。
  6. 多核系统支持:
    ETM 支持多核处理器,帮助开发者分析和优化多核系统的性能和一致性。
  7. 灵活的触发和过滤机制:
    开发者可以配置 ETM 来收集特定类型和范围的追踪数据,基于特定事件和条件触发追踪,从而更有针对性地分析和调试代码和系统。

具体应用场景:

  1. 嵌入式系统开发:
    ETM 用于嵌入式软件和硬件的开发、验证和优化。
  2. 实时应用:
    在实时应用中,ETM 帮助分析任务调度、中断处理和系统响应时间。
  3. 多核和多任务系统:
    ETM 支持分析多核和多任务环境下的并发问题和性能瓶颈。

总的来说,ETM 是一个强大的处理器追踪工具,通过提供详细的、实时的执行追踪数据,帮助开发者深入理解、调试和优化基于 ARM 的系统和应用程序。

4. CTI

ARM CTI (Cross Trigger Interface) 是 ARM CoreSight 调试和追踪架构中的一个关键组件。它允许不同的调试和追踪组件之间进行交互和同步,主要在复杂的多处理器和多核心系统中发挥作用。

以下是 CTI 的主要作用和功能:

  1. 同步多处理器/核心的调试活动
    CTI 允许在多处理器或多核心系统中同步调试活动。例如,当一个处理器达到特定的断点时,CTI 可以被配置为自动暂停其他处理器,以便开发人员可以同时检查整个系统的状态。
  2. 交叉触发
    CTI 提供了交叉触发的功能,允许一个处理器或核心的特定事件(如断点或监视点触发)引发另一个处理器或核心的调试响应(如暂停执行)。
  3. 追踪数据同步
    在复杂的多核心或多处理器系统中,CTI 可以帮助同步从不同源(如不同的处理器核心)收集的追踪数据,以便于分析和调试。
  4. 灵活的事件和触发控制
    CTI 提供了灵活的事件和触发控制功能,允许开发人员配置复杂的触发条件和响应,以适应各种调试和分析需求。

在系统开发和调试中的应用:

  1. 复杂多核系统的调试
    在多核处理器和复杂的嵌入式系统中,CTI 使得开发人员可以更有效地进行协同调试,同步暂停和恢复执行,以及分析整个系统的行为。
  2. 性能分析和优化
    CTI 可以用于同步收集不同处理器核心或系统组件的追踪数据,帮助开发人员分析和优化系统性能和资源利用率。
  3. 系统验证和测试
    CTI 的交叉触发功能支持自动化测试和验证场景,允许开发人员和测试人员配置自动响应和反馈机制,以验证系统的功能和性能特性。
  4. 实时系统和安全应用
    在实时和安全关键系统中,CTI 支持精确的同步调试和追踪功能,帮助开发人员和验证人员确保系统满足实时响应和安全要求。

总之,ARM CTI 是 CoreSight 架构中的一个重要组件,它增强了多处理器和多核心系统的调试和追踪能力,支持复杂的交互和同步操作,以帮助开发人员调试、验证和优化复杂的嵌入式系统。

5. DAP/TPIU/ETM/CTI区别

  1. DAP (Debug Access Port)
    作用:允许调试器直接访问 ARM 处理器和周边硬件,支持实时调试、内存和寄存器访问、断点设置等。
    特点:功能丰富,可以用于复杂和深入的调试任务;一般通过 JTAG 或 SWD 接口与外部调试工具连接。
    应用场景:用于硬件和软件调试,适合需要高级调试和控制功能的场景。
  2. DAP-Lite
    作用:类似于 DAP,但功能更为简洁,为基本的调试需求和成本敏感的应用提供调试访问。
    特点:提供基本的调试功能,成本较低,适合轻量级的调试需求。
    应用场景:适合初级开发、教育、或资源受限的嵌入式和 IoT 设备。
  3. TPIU (Trace Port Interface Unit)
    作用:负责格式化和输出处理器和其他 CoreSight 组件的追踪数据,将数据发送到外部分析和可视化工具或存储设备。
    特点:支持多种输出格式和数据速率,是追踪数据收集和分析的关键组件。
    应用场景:用于实时性能分析,系统行为追踪,和调试。
  4. TPIU-Lite
    作用:与 TPIU 类似,但功能更为简化,用于轻量级或成本敏感的追踪需求。
    特点:提供基本的追踪数据输出功能,成本更低。
    应用场景:适用于基本的追踪和分析需求,常用于资源受限或成本敏感的应用。
  5. ETM (Embedded Trace Macrocell)
    作用:收集处理器的详细执行追踪数据,包括指令流、分支、数据访问等,用于性能分析和系统优化。
    特点:提供详细、实时的执行追踪数据,支持复杂的触发和过滤条件。
    应用场景:代码和性能优化,深入分析处理器和系统的运行行为。
  6. CTI (Cross Trigger Interface)
    作用:用于连接不同的调试和追踪组件,支持跨组件的事件和触发交互,增强调试和追踪的协同作用。
    特点:使得复杂的触发和同步调试场景成为可能,增强了调试和追踪的灵活性。
    应用场景:用于复杂的多核和多组件系统调试,实现高级的触发和同步调试场景。
  7. 总结
    DAP 和 DAP-Lite 主要用于调试访问,其中 DAP 提供更丰富的功能。
    TPIU 和 TPIU-Lite 负责追踪数据的输出,TPIU-Lite 为轻量级版本。
    ETM 用于收集详细的运行时追踪数据,帮助开发者分析代码和系统性能。
    CTI 提供跨处理器和调试/追踪组件的事件和触发交互能力,增强整体调试和追踪系统的协同作用。

这些组件共同形成了 ARM CoreSight 的调试和追踪生态系统,使得开发者能够进行深入的系统分析、调试和优化。

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