目前，大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)采用基于ＪＴＡＧ口的硬件仿真器實(shí)現(xiàn)程序調(diào)試，ＪＴＡＧ技術(shù)在單片或單核處理器調(diào)試中擁有便捷和高效的性能，在多處理器系統(tǒng)中使用ＪＴＡＧ調(diào)試，需要將各個(gè)處理器的ＪＴＡＧ口串接起來實(shí)現(xiàn)。采用基于ＪＴＡＧ的串行技術(shù)存在許多缺點(diǎn)：（１）ＪＴＡＧ仿真器同時(shí)支持的處理器數(shù)量有限，實(shí)現(xiàn)多處理器并行調(diào)試比較困難；（２）實(shí)時(shí)眭不強(qiáng)，ＪＴＡＧ鏈上串聯(lián)多個(gè)處理器時(shí)，處理速率會(huì)嚴(yán)重下降；（３）多處理器系統(tǒng)需要更多的硬件仿真器支持，成本較高。

　　相對(duì)ＪＴＡＧ硬件仿真器，在多處理器系統(tǒng)中采用軟件方式實(shí)現(xiàn)交叉調(diào)試具有易操作、易實(shí)現(xiàn)、速度快和開發(fā)成本低等特點(diǎn)。本文在自主研發(fā)的某款ＤＳＰ構(gòu)建的多ＤＳＰ系統(tǒng)基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的交叉調(diào)試技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)方法。

　　２  　多ＤＳＰ系統(tǒng)組成及調(diào)試內(nèi)容

　?。玻倍啵模樱邢到y(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

　　多ＤＳＰ系統(tǒng)由主機(jī)和工控機(jī)組成，是一個(gè)層次化的組成結(jié)構(gòu)。主機(jī)由ＰＣ機(jī)構(gòu)建，用于應(yīng)用程序的開發(fā)、調(diào)試、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及與用戶的交互。工控機(jī)的功能是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)并行處理，由多塊數(shù)字信號(hào)處理板和一塊公共板組成，板與板之間通過總線（ＣＰＣＩ）實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。每塊數(shù)字信號(hào)處理板卡由多塊ＤＳＰ構(gòu)建，是數(shù)據(jù)處理的部件，ＤＳＰ之間通過自帶的互連接口（如Ｌｉｎｋ口）實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，可依據(jù)需要構(gòu)建成不ｌ-Ｊ網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。公共板負(fù)責(zé)工控機(jī)的運(yùn)行控制，實(shí)現(xiàn)運(yùn)算數(shù)據(jù)的緩存、實(shí)現(xiàn)主機(jī)和ＤＳＰ的通信等，是主機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理板之間的橋梁，公共板與數(shù)字信號(hào)處理板之間通過總線（ＣＰＣＩ）連接，和主機(jī)之間通過網(wǎng)線或ＵＳＢ線連接。多ＤＳＰ系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖１所示，數(shù)字信號(hào)處理板（ＤＳＰ處理板）由５塊ＤＳＰ組成，公共板中內(nèi)嵌了獨(dú)立的通信模塊分別實(shí)現(xiàn)與主機(jī)和ＤＳＰ處理板的通信鏈接。

　?。玻矓?shù)字信號(hào)處理板組成結(jié)構(gòu)

　　數(shù)字信號(hào)處理板是數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理的部件，每塊處理板由５塊ＤＳＰ組成，為使得數(shù)字信號(hào)處理板具有通用性和易用性，板卡上的連接方式采取混合連接方式。ＤＳＰ之間既通過自帶的Ｌｉｎｋ口實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互聯(lián)，構(gòu)成星型的并行系統(tǒng)；同時(shí)，各個(gè)ＤＳＰ也通過簇總線將各自連接在一起實(shí)現(xiàn)共享，實(shí)現(xiàn)緊耦合和松耦合相結(jié)合的互連結(jié)構(gòu)，數(shù)字信號(hào)處理板組成結(jié)構(gòu)如圖２所示。多塊數(shù)字信號(hào)處理板的并行可極大的滿足大容量、高速率數(shù)據(jù)處理的性能要求。

　　數(shù)據(jù)信號(hào)處理板以ＦＰＧＡ作為中介實(shí)現(xiàn)對(duì)外數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)傳輸采用ＣＰＣＩ總線完成。ＣＰＣＩ總線有Ｊ１／Ｊ２／Ｊ３／Ｊ４四個(gè)接口，其中Ｊ１和Ｊ２為６４位數(shù)據(jù)傳輸接口，Ｊ３和Ｊ４為自定義方式接口。設(shè)計(jì)中，通過ＣＰＣＩ的Ｊ３口將數(shù)據(jù)讀入到ＦＰＧＡ內(nèi)部的ＦＩＦＯ，內(nèi)部ＤＳＰ芯片接受到數(shù)據(jù)后，按照預(yù)定的算法進(jìn)行任務(wù)分配和并行處理，處理完畢后通過ＤＳＰ０寫人ＦＰＧＡ內(nèi)部的ＦＩＦＯ，之后ＰＣＩ接口模塊從ＦＩＦＯ中讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)過時(shí)序轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)發(fā)送到ＣＰＣＩ總線，經(jīng)兒和Ｊ２口傳輸?shù)酵獠康钠渌δ苣K。

　　數(shù)字信號(hào)處理板以工控機(jī)為平臺(tái)，工控機(jī)內(nèi)部可以嵌入多個(gè)板卡，板與板之間的數(shù)據(jù)傳輸與通信通過總線（ＣＰＣＩ）完成，可實(shí)現(xiàn)即插即用。數(shù)字信號(hào)處理板依據(jù)需要可配置成不同功能處理模塊，實(shí)現(xiàn)不同數(shù)字信號(hào)處理。主機(jī)通過工控機(jī)內(nèi)的公共板監(jiān)控和訪問到數(shù)字信號(hào)處理板內(nèi)的各個(gè)ＤＳＰ的運(yùn)行狀態(tài)。

　?。玻扯啵模樱邢到y(tǒng)的交叉調(diào)試內(nèi)容

　　多ＤＳＰ系統(tǒng)是一個(gè)層次化的結(jié)構(gòu)，其調(diào)試相對(duì)單ＤＳＰ系統(tǒng)調(diào)試要復(fù)雜得多，不僅要支持對(duì)單個(gè)ＤＳＰ的調(diào)試，還要支持多個(gè)ＤＳＰ并行調(diào)試。具體需要實(shí)現(xiàn)的調(diào)試內(nèi)容有：①系統(tǒng)管理，主要是多ＤＳＰ系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)信息，包括各個(gè)ＤＳＰ所處的板卡位置、互聯(lián)關(guān)系、邏輯名稱、程序信息等，相關(guān)信息應(yīng)該能夠比較方便地建立、修改、存儲(chǔ)和重新導(dǎo)入；②配置啟動(dòng)，在開發(fā)者指定各個(gè)ＤＳＰ的運(yùn)行程序后，調(diào)試器應(yīng)該能夠?qū)⒊绦蚺渲玫礁鱾€(gè)ＤＳＰ并啟動(dòng)運(yùn)行，并且可以依據(jù)需要重新復(fù)位指定的ＤＳＰ；③數(shù)據(jù)觀察和修改，在程序運(yùn)行期間，調(diào)試系統(tǒng)應(yīng)該能夠讀出各個(gè)ＤＳＰ內(nèi)部存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，并以圖形、表格等方式根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行顯示；④動(dòng)態(tài)交互，各個(gè)ＤＳＰ的應(yīng)用程序應(yīng)該能夠通過調(diào)試系統(tǒng)與用戶完成相應(yīng)的信息交互，如運(yùn)行信息顯示、用戶輸入請(qǐng)求等；⑤多板卡／多ＤＳＰ并行運(yùn)行與調(diào)試，包括多個(gè)板卡的并行調(diào)試和每個(gè)板卡內(nèi)部多個(gè)ＤＳＰ的并行運(yùn)行與調(diào)試。

　?。场《啵模樱邢到y(tǒng)交叉調(diào)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　交叉調(diào)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式是采用分層結(jié)構(gòu)，具體分為調(diào)試器、監(jiān)控程序和調(diào)試代理三個(gè)部分，實(shí)現(xiàn)主機(jī)和ＤＳＰ之間的遠(yuǎn)程交叉調(diào)試。調(diào)試器運(yùn)行在主機(jī)上，負(fù)責(zé)用戶調(diào)試命令的解析、調(diào)試信息的生成，以及寄存器內(nèi)容、變量、表達(dá)式值的查看和修改等；監(jiān)控程序運(yùn)行在公共板中，用于主機(jī)調(diào)試命令解析和目標(biāo)機(jī)（ＤＳＰ）調(diào)試信息的轉(zhuǎn)換，即將主機(jī)發(fā)布過來的調(diào)試命令轉(zhuǎn)換為目標(biāo)機(jī)的調(diào)試控制邏輯命令，將目標(biāo)機(jī)的運(yùn)行信息經(jīng)過封裝傳輸?shù)街鳈C(jī)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的通信與數(shù)據(jù)傳輸；調(diào)試代理程序運(yùn)行在具體的ＤＳＰ上，進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)時(shí)，負(fù)責(zé)控制和接管ＤＳＰ的運(yùn)行狀態(tài)，修改或讀取寄存器的信息等。交叉調(diào)試系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖３所示，主機(jī)和工控機(jī)采用網(wǎng)絡(luò)／ＵＳＢ通信，工控機(jī)內(nèi)部采用ＣＰＣＩ進(jìn)行通信。

　?。常闭{(diào)試器的實(shí)現(xiàn)

　　調(diào)試器程序占用空間較大，運(yùn)行在主機(jī)上，依據(jù)實(shí)現(xiàn)功能分成５部分：用戶接口模塊、調(diào)試功能模塊、通信模塊、目標(biāo)機(jī)信息模塊和操作系統(tǒng)支持模塊，采用模塊化結(jié)構(gòu)，組成結(jié)構(gòu)如圖４所示。用戶接口的功能是接收和分析調(diào)試命令信息，把調(diào)試命令以規(guī)定的形式傳遞給調(diào)試功能模塊。用戶接口功能具體又細(xì)分為調(diào)試界面模塊、調(diào)試命令分析模塊和顯示模塊。調(diào)試界面是用戶輸入調(diào)試命令的界面，嵌入在集成開發(fā)環(huán)境中；調(diào)試命令分析模塊用來分析調(diào)試命令，如果調(diào)試命令正確，就用適當(dāng)?shù)男问桨颜{(diào)試命令傳遞給調(diào)試功能模塊；如果命令錯(cuò)誤，就把錯(cuò)誤信息傳遞給顯示模塊；顯示模塊的功能是顯示返回給用戶的各種信息。調(diào)試功能模塊是調(diào)試器的部分，主要通過各種調(diào)試原語實(shí)現(xiàn)具體的調(diào)試功能。調(diào)試原語是指構(gòu)成各種調(diào)試命令操作的原操作，操作對(duì)象是調(diào)試信息。調(diào)試信息是用來存儲(chǔ)調(diào)試過程中收集到的與調(diào)試有關(guān)的信息，包括符號(hào)表、鏈接表、字符表等調(diào)試信息，在調(diào)試過程中調(diào)試原語要讀取和維護(hù)調(diào)試信息。目標(biāo)機(jī)信息模塊用于管理目標(biāo)機(jī)的完整信息，采用規(guī)范的ＸＭＬ文件進(jìn)行描述和定義，如目標(biāo)機(jī)的類型，寄存器數(shù)量和讀寫屬性，地址、內(nèi)存、流水線的詳細(xì)信息等，調(diào)試器通過查詢ＸＭＬ文件即可獲取目標(biāo)機(jī)的完整信息，其內(nèi)容以列表方式在顯示界面中顯示。

　　通信模塊的作用是實(shí)現(xiàn)主機(jī)和工控機(jī)的通信，支持ＴＣＰ３Ｐ協(xié)議和ＵＳＢ協(xié)議。同時(shí)，該模塊兼具可擴(kuò)充性，可以依據(jù)需要增加其它通信方式的通信模塊，以擴(kuò)充宿主機(jī)和工控機(jī)的通信方式。操作系統(tǒng)支持模塊的主要功能是封裝了調(diào)試器中需要操作系統(tǒng)支持的功能，目的是使其它模塊與操作系統(tǒng)無關(guān)，便于調(diào)試器在不同平臺(tái)之間的移植。

　?。常舱{(diào)試代理組成與目標(biāo)機(jī)調(diào)試方式

　　調(diào)試代理是嵌入到ＤＳＰ中的一段控制程序，功能是執(zhí)行調(diào)試器的調(diào)試命令和返回ＤＳＰ運(yùn)行狀態(tài)信息等。調(diào)試代理主要由調(diào)試命令執(zhí)行模塊、通信模塊、程序控制模塊和操作系統(tǒng)接口模塊組成。通信模塊與調(diào)試器的通信模塊相對(duì)應(yīng)，采用支持總線的通信協(xié)議，功能是接收公共板卡監(jiān)控程序解析后的調(diào)試命令。程序控制模塊的功能是根據(jù)調(diào)試命令來控制被調(diào)試的二進(jìn)制代碼的運(yùn)行過程。調(diào)試命令執(zhí)行模塊的功能是依據(jù)調(diào)試命令，控制程序的執(zhí)行過程，協(xié)調(diào)通訊模塊和代碼控制模塊之間的協(xié)作。

　　操作系統(tǒng)接口模塊功能是支持基于操作系統(tǒng)的調(diào)試，將其它模塊和嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行隔離。調(diào)試代理的這種結(jié)構(gòu)可以較好地解決多目標(biāo)機(jī)的問題，在目標(biāo)機(jī)端，只有操作系統(tǒng)支持模塊是與目標(biāo)平臺(tái)相關(guān)的，因此，在向一個(gè)新的目標(biāo)機(jī)移植時(shí)，只需要修改這個(gè)模塊即可，目標(biāo)機(jī)的調(diào)試代理模塊組成結(jié)構(gòu)如圖５所示。

　　目標(biāo)機(jī)調(diào)試支持兩種方式：基于裸板調(diào)試和基于操作系統(tǒng)調(diào)試。裸板調(diào)試主要發(fā)生在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)初級(jí)階段，一般采用“片上調(diào)試”技術(shù)。片上調(diào)試實(shí)現(xiàn)是在調(diào)試器的操作系統(tǒng)接口模塊中開發(fā)對(duì)應(yīng)的“片上調(diào)試”協(xié)議，并在調(diào)試功能模塊中添加相應(yīng)的功能實(shí)現(xiàn)。

　　３．３調(diào)試程序的

　　加載程序的方式主要有兩種：和引導(dǎo)。兩種加載方式的主要區(qū)別是ＤＳＰ開始執(zhí)行代碼的時(shí)機(jī)不同：采用方式時(shí)ＤＳＰ直到所有的指令和數(shù)據(jù)都已經(jīng)寫人內(nèi)存后才開始執(zhí)行代碼；采用引導(dǎo)方式時(shí)ＤＳＰ在接收到引導(dǎo)內(nèi)核后就立即開始執(zhí)行。引導(dǎo)的加載方式比較靈活，適用于加載方無法直接訪問被加載方存儲(chǔ)器的情況。

　　本文針對(duì)多ＤＳＰ系統(tǒng)的自身特點(diǎn)，采用了引導(dǎo)模式，引導(dǎo)程序加載步驟為：（１）以某個(gè)ＤＳＰ（ＤＳＰ０）為主片，通過默認(rèn)的Ｌｉｎｋ口將主內(nèi)核引導(dǎo)程序存放到本ＤＳＰ中，引導(dǎo)程序加載完畢后產(chǎn)生相應(yīng)的ＤＭＡ中斷，ＤＳＰ從地址０開始執(zhí)行內(nèi)核引導(dǎo)程序，由內(nèi)核引導(dǎo)程序?qū)崿F(xiàn)從ＤＳＰ（ＤＳＰｌ。４）的內(nèi)核引導(dǎo)程序和用戶代碼的加載；（２）從ＤＳＰ（ＤＳＰｌ～４）分別依照順序?qū)崿F(xiàn)３個(gè)部分內(nèi)容，將內(nèi)核引導(dǎo)程序的加載本ＤＳＰ的空間中、運(yùn)行引導(dǎo)程序?qū)崿F(xiàn)用戶代碼的加載，實(shí)現(xiàn)用戶程序替換內(nèi)核加載程序；（３）從片加載完畢后，主片實(shí)現(xiàn)用戶程序替換內(nèi)核加載程序，對(duì)ＤＳＰ進(jìn)行復(fù)位，以便執(zhí)行用戶程序。

　?。聪到y(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　本文在國內(nèi)某款具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ＤＳＰ基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)多板卡多ＤＳＰ應(yīng)用系統(tǒng)。該芯片接口豐富，具有優(yōu)越的性能指標(biāo)：（１）運(yùn)行速度為２ｎｓ指令周期（５００ＭＨｚ），每周期可多執(zhí)行１６條指令；（２）內(nèi)部有４個(gè)運(yùn)算模塊，支持１６ｂｉｔ／３２ｂｉｔ定浮點(diǎn)運(yùn)算；（３）每秒可執(zhí)行３０ＧＦＬＯＰＳ運(yùn)算或４．８ＧＦＭＡＣＰＳ運(yùn)算；（４）有４個(gè)Ｌｉｎｋ口，每個(gè)Ｌｉｎｋ口可提供達(dá)１．２ＧＢ／ｓ的傳輸速率；（５）可通過總線或Ｌｉｎｋ口方便地構(gòu)成星型、網(wǎng)絡(luò)狀等多處理器系統(tǒng)。

　　應(yīng)用系統(tǒng)的每個(gè)板卡包括５個(gè)ＤＳＰ，多個(gè)板卡集成在工控箱中，每個(gè)工控箱配置一個(gè)公共板卡用于調(diào)試和數(shù)據(jù)傳輸。

　　在設(shè)計(jì)的多ＤＳＰ系統(tǒng)處于調(diào)試狀態(tài)下時(shí)，該交叉調(diào)試系統(tǒng)可以方便快捷的查看不同處理板內(nèi)各個(gè)ＤＳＰ內(nèi)部的寄存器、ＰＣ值、存儲(chǔ)器內(nèi)容和流水線等信息，可有效滿足多ＤＳＰ系統(tǒng)調(diào)試需要，實(shí)現(xiàn)多個(gè)板卡的并行調(diào)試。特別是標(biāo)準(zhǔn)ＸＭＬ文件對(duì)處理板和ＤＳＰ各種信息的管理，用戶可快速以信息匹配的方式獲得程序運(yùn)行的變量、寄存器和表達(dá)式內(nèi)容等各種ＤＳＰ狀態(tài)信息。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了處理板和ＤＳＰ信息管理的模塊化，增加了調(diào)試器對(duì)不同類型目標(biāo)機(jī)／ＤＳＰ的支持程度。

　　５　結(jié)論

　　針對(duì)多ＤＳＰ并行系統(tǒng)，提出了層次化交叉調(diào)試的設(shè)計(jì)方案，在給出多ＤＳＰ系統(tǒng)硬件架構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，討論了軟件調(diào)試系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方法。調(diào)試系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，各個(gè)模塊松散耦合，便于編碼實(shí)現(xiàn)和平臺(tái)之間的移植。經(jīng)過驗(yàn)證，該調(diào)試系統(tǒng)可滿足多ＤＳＰ系統(tǒng)的調(diào)試需求，有效減輕多ＤＳＰ系統(tǒng)的調(diào)試工作量；能有效解決多目標(biāo)多ＤＳＰ系統(tǒng)的并行調(diào)試問題，有效解決ＪＴＡＧ模式下難以實(shí)現(xiàn)多ＤＳＰ交叉調(diào)試問題，可同時(shí)支持片上調(diào)試和基于操作系統(tǒng)調(diào)試兩種方式，具有一定可操作性。