Blackfin處理器的調(diào)試功能對成功設(shè)計(jì)的作用

隨著嵌入式處理應(yīng)用越來越復(fù)雜、投放市場的時(shí)間越來越急迫，調(diào)試技術(shù)變得越來越重要。調(diào)試技術(shù)對于擁有一大批供其使用的調(diào)試工具開發(fā)商來說同樣重要，有理由表明對他們更加重要的是應(yīng)該了解到從一開始選擇什么樣的調(diào)試工具能夠跟蹤并解決應(yīng)用中的問題。為此， 本文將以ADI公司的Blackfin媒體處理器系列產(chǎn)品為例，討論基于軟件和硬件的內(nèi)置調(diào)試功能。

　　軟件工具
　　軟件工具在系統(tǒng)開發(fā)過程中起到兩個(gè)重要作用。第一，軟件工具允許在訂制的硬件提供之前開始開發(fā)工作。它能夠從功能角度對算法進(jìn)行仿真，同時(shí)能夠利用精確周期內(nèi)核仿真，在開發(fā)過程的初期對性能進(jìn)行評估。
　　Blackfin 處理器VisualDSP++工具套件提供幾項(xiàng)主要功能，允許軟件開發(fā)商預(yù)測最終目標(biāo)能夠達(dá)到的性能。因?yàn)锽lackfin處理器體系結(jié)構(gòu)從根本上支持高效編譯代碼，因此大多數(shù)開發(fā)項(xiàng)目能夠用C或C++完成。這項(xiàng)功能允許在項(xiàng)目開始的時(shí)候?qū)F(xiàn)有的代碼基快速整合到該項(xiàng)目中。這樣就能利用很多設(shè)計(jì)結(jié)果而無需探究體系結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。


　　一旦初始項(xiàng)目建立起來，程序員有幾種仿真選擇，允許在周期精度和仿真速度之間靈活地折衷。VisualDSP++開發(fā)工具提供代碼運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)分析功能，作為其仿真器和模擬器的一部分。該工具允許程序員看到一個(gè)應(yīng)用程序不同部分的運(yùn)行時(shí)間是如何分配的，從而為優(yōu)化工作提供方向。
　　即使Blackfin編譯器的性能對于信號處理應(yīng)用和MCU應(yīng)用（低周期數(shù)和低字節(jié)數(shù)）都是杰出的，但是總是有一部分代碼需要利用基于匯編語言的程序庫進(jìn)一步優(yōu)化。雖然這種情況在大型開發(fā)項(xiàng)目中不常見，但是VisualDSP++仿真器提供了流水線查看器以便用圖形方式識別失速（停止），從而進(jìn)一步優(yōu)化。由于Blackfin指令流水線是互鎖的，因此失速不需要程序員手動(dòng)跟蹤和管理。即使如此，這種查看重要部分代碼失速的能力通常允許程序員能夠進(jìn)行小調(diào)整從而實(shí)現(xiàn)對周期數(shù)的極大改進(jìn)。
　　該仿真器的另外一個(gè)便捷功能是高速緩存查看器。由于始終存在系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師必須對片內(nèi)和片外存儲器大小進(jìn)行折中的問題，所以對于預(yù)測如何根據(jù)指令流程完成高速緩存以及顯示實(shí)際上如何訪問數(shù)據(jù)，高速緩存查看器能起到非常重要的作用。（查看器語句示例如下）
　　<Translation of graphics>
　　VisualDSP++ Debug Tools Aid Code Optimization=VisualDSP++
　　調(diào)試工具輔助代碼優(yōu)化
　　Pipeline viewer finds stalls in critical sections of code=
　　流水線查看器發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵部分代碼失速
　　Cache viewer helps programmer understand cache efficiency (hits and misses)=
　　高速緩存查看器幫助程序員了解高速緩存效率（命中率和缺失率）
　　Code profiler shows where most time is spent during program execution=
　　代碼運(yùn)行時(shí)間分析器顯示在程序執(zhí)行期間何處耗時(shí)最多

　　硬件平臺
　　一旦整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)過仿真，算法和大多數(shù)外設(shè)都可以利用低成本的EZ-KIT Lite評估平臺操作。EZ-KIT評估平臺為開發(fā)商提供一種評估Blackfin處理器的方法，該處理器適合多種應(yīng)用，例如音頻、視頻和其它處理計(jì)算量很大的算法。例如，ADSP-BF533 EZ-KIT Lite評估平臺包括視頻和音頻解碼器和編碼器，以及板上SDRAM（32Mb）和閃存（2Mb）存儲器。另外，可設(shè)置的標(biāo)志引腳能夠連接到按鈕和LED。
　　USB調(diào)試器接口允許利用簡單的USB接口連接到評估板，如果直接訪問VisualDSP++ PC主機(jī)上的工具套件，為了提高性能，JTAG在線仿真器能夠很容易連接到評估板。
　　可提供的ADSP-BF533 EZ-KIT 評估平臺的EZ-Exterder 子卡允許開發(fā)商能夠連接多個(gè)高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器評估板（ADC、DAC和混合信號轉(zhuǎn)換器），CMOS圖像傳感器評估板和一些TFT LCD顯示器。它還能為電路配置提供試驗(yàn)板區(qū)域，并且?guī)缀蹩梢詾锽lackfin處理器的每一個(gè)引腳提供檢測。

　　芯片內(nèi)置功能
　　Blackfin處理器的體系結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)工程師提供了內(nèi)置硬件調(diào)試的附加功能。這些功能包括性能監(jiān)視器、周期計(jì)數(shù)器、監(jiān)測單元和跟蹤單元。

　　性能監(jiān)視器
　　Blackfin處理器系列中的每一種處理器都有兩個(gè)寄存器，它們能夠通過編程對特定“中心性能”事件的發(fā)生次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。下表總結(jié)了能夠跟蹤的獨(dú)立事件。
　　開發(fā)商可以利用性能監(jiān)視事件來發(fā)現(xiàn)優(yōu)化處理器的重點(diǎn)區(qū)域。通過性能監(jiān)視器提供對芯片中實(shí)際發(fā)生事件的觀察力，而不是通過仿真預(yù)測這些事件。
　　我們以數(shù)據(jù)訪問高速緩存和指令訪問高速緩存性能為例。性能監(jiān)視器根據(jù)數(shù)據(jù)和指令訪問高速緩存缺失率提供實(shí)際信息。知道了高速緩存缺失率，程序員能夠利用VisualDSP++ Expert Linker開發(fā)工具交互地移動(dòng)存儲器中的數(shù)據(jù)和指令以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性能。
 性能監(jiān)視器如何能幫助處理器的另外一個(gè)有效實(shí)例是當(dāng)訪問內(nèi)部存儲體時(shí)采用內(nèi)核和DMA（直接存儲器訪問）引擎相互作用的方式。Blackfin處理器有一個(gè)集成的DMA控制器，它能夠高效的移動(dòng)數(shù)據(jù)無需與內(nèi)核相互作用。內(nèi)核安排數(shù)據(jù)傳輸，并且當(dāng)數(shù)據(jù)緩沖器準(zhǔn)備好處理時(shí)通知內(nèi)核。處理器內(nèi)核和DAM控制器能夠在同一周期內(nèi)訪問不同的子存儲體。當(dāng)它們試圖在同一周期內(nèi)訪問同一子存儲體時(shí)，其中一種訪問必須停止。在一個(gè)采用與多個(gè)DMA通道訪問相并聯(lián)的巨大的內(nèi)核存儲器訪問的復(fù)雜系統(tǒng)流程中，知道什么時(shí)候DMA和（或）內(nèi)核由于試圖訪問相同的子存儲體而停止是非常重要的。性能監(jiān)視器對這些事件計(jì)數(shù)以便開發(fā)商能夠優(yōu)化存儲器中的數(shù)據(jù)分配。

　　周期計(jì)數(shù)器
　　Blackfin處理器體系結(jié)構(gòu)還提供一個(gè)64 bit的周期計(jì)數(shù)器，用于對內(nèi)核時(shí)鐘周期計(jì)數(shù)。該周期計(jì)數(shù)器跟蹤所有的執(zhí)行周期，包括流水線活動(dòng)，例如失速。它是用來確定一個(gè)給定算法的執(zhí)行時(shí)間的極好工具。我們將周期數(shù)除以處理器內(nèi)核的時(shí)鐘速度，很容易將周期數(shù)轉(zhuǎn)換成時(shí)間。Blackfin處理器的內(nèi)核仿真器是周期精確的，所以從仿真器讀取的周期數(shù)設(shè)計(jì)成與工作在內(nèi)部１級存儲器時(shí)從實(shí)際硬件測得的周期數(shù)相匹配。