TWI884076B

TWI884076B - 主動式即時韌體除錯方法及受測裝置

Info

Publication number: TWI884076B
Application number: TW113133040A
Authority: TW
Inventors: 梁正明
Original assignee: 新唐科技股份有限公司
Priority date: 2024-09-02
Filing date: 2024-09-02
Publication date: 2025-05-11

Abstract

一種提供主動式即時韌體除錯方法，用以主動對受測裝置即時監測以藉此除錯，且具有以下步驟：依序讀取複數個監測點位址暫存器所儲存的複數個監測點位址；依序讀取複數個監測點位址所對應的複數個測試點資料暫存器所儲存的複數個運行數值；將讀取的複數個運行數值進行暫存於複數個監測點資料暫存器中；以及將複數個監測點資料暫存器中的複數運行數值的至少一部份組合，以產生監測信號，且使受測裝置主動持續地透過其預設的輸出接腳依序輸出監測信號中的複數個運行數值，其中監測點資料暫存器電性連接測試點資料暫存器。

Description

主動式即時韌體除錯方法及受測裝置

本發明是有關於一種韌體除錯技術，且特別是一種主動式即時韌體除錯方法及能夠運行即時韌體除錯方法的受測裝置。

一個韌體開發者最為苦惱的事，大多是耗在除錯的工作上，但由於現在的微控制器單元的速度越做越快，再加上微控制器單元的運用環境通常都是在很小的載體(ex: low pin count)上運行，所以對韌體開發者而言，除錯工程越來越困難。微控制器單元的技術日新月異，不論在製程、功耗、體積、運用等等都可說一日千里，但對於韌體的除錯支援仍需要業界人士進一步地改善與改良。

針對晶片或微控制器單元，現有的除錯工具中的線上仿真器(ICE)或聯合測試工作群組(JTAG)，其除錯功能完整，故可以配合整合式開發環境(IDE)工具以實現追蹤與溯源(tracker and backward)的能力，但這類的除錯工具僅適合用於韌體開發階段，非商品化後除錯之用，例如如這般除錯工具往往會改變微控制器單元執行速度，造成接上除錯工具後之後就無法重現問題，亦或使用環境無法讓例如線上仿真器(ICE)或聯合測試工作群組(JTAG)接腳被規劃成通用輸入輸出(GPIO)接腳使用。另外，這類除錯工具利用查詢-回復(query-response)方式來進行除錯，即需要除錯工具發起查詢命令(query command)才會讓微控制器單元回復(response)相關運行數值，使得無法進行即時除錯。

另一類的除錯工具可以為通用非同步收發傳輸器，其為目前最常見的商品化後的除錯方式，優處就是簡單，因為一個通用非同步收發傳輸器的傳送(TX)接腳就能看到相關的運行數值。然而，此除錯工具首先必須在原碼中埋入大量的文字信息(TXT message)，尤其是即時操作系統(RTOS)，這些信息列印(message print)反倒改變即時操作系統的任務切換時序，如此，增建非同步收發傳輸器的除錯信息就會有不一樣的問題表現。另一方面，此除錯工具還無法看到極細微的暫態問題，譬如快速進出的中斷服務函式，甚至運行韌體的即時操作系統進入閒置狀態或是韌體當機(dead lock)，就會導致無法送出內部狀態資訊。總而言之，此除錯工具只能粗略檢視韌體流程與偵測簡單的問題，對於進行任務切換的即時操作系統來說，幾乎無法用於除錯。

由上述描述可以理解，本發明的目的是為提供一種簡單且能夠主動且即時進行韌體除錯的主動式即時韌體除錯方法及能夠運行即時韌體除錯方法的受測裝置。

基於本發明的其中一個目的，本發明實施例一種提供主動式即時韌體除錯方法。主動式即時韌體除錯方法用以主動對受測裝置即時監測以藉此除錯，受測裝置具有複數個測試點，複數個測試點對應有複數個測試點資料暫存器，每一個測試點資料暫存器儲存對應的測試點的複數個運行數值，以及主動式即時韌體除錯方法至少包括以下步驟：依序讀取複數個監測點位址暫存器所儲存的複數個監測點位址；依序讀取複數個監測點位址所對應的複數個測試點資料暫存器所儲存的複數個運行數值；將讀取的複數個運行數值進行暫存於複數個監測點資料暫存器中；以及將複數個監測點資料暫存器中的複數運行數值的至少一部份組合，以產生監測信號，且使受測裝置主動持續地透過其預設的輸出接腳依序輸出監測信號中的複數個運行數值，其中監測點資料暫存器電性連接測試點資料暫存器。

基於本發明的其中一個目的，本發明實施例提供一種受測裝置，受測裝置包括電性連接的複數個硬體電路，其中複數個硬體電路組態出處理核心、複數個測試點、複數個測試點資料暫存器、複數個監測點位址暫存器與複數個監測點資料暫存器，而且受測裝置能夠執行上述主動式即時韌體除錯方法。

承上所述，本發明所提供的主動式即時韌體除錯方法及能夠運行即時韌體除錯方法的受測裝置簡單不需複雜介面，不需增加過多原碼內容，運行速度快，具有彈性，且能以動態量測的方式進行。

本發明主要目的是提供一種不需複雜介面、不需增加過多原碼內容、運行速度快、具有彈性且能以動態量測的方式進行的主動式即時韌體除錯方法，以及提供能夠執行主動式即時韌體除錯方法的受測裝置，其中受測裝置可不斷且主動地送出最新的監測信號的複數個運行數值，以供韌體除錯者知悉。以下將配合圖式，將本發明可能之實施方式進行詳細的說明，但要注意的是，下述實施細節非用於限制本發明所主張的申請專利範圍，而僅是方便使所屬技術領域具有通常知識者理解。

首先，請參照圖1、圖2、圖3與圖5，圖1是本發明實施例之受測裝置的複數個監測點位址暫存器與複數個遮罩暫存器的示意圖，圖2是本發明實施例之受測裝置的複數個測試點資料暫存器的示意圖，圖3是本發明實施例之受測裝置之預設的輸出接腳輸出的監測信號的示意圖，以及圖5是本發明實施例的主動式即時韌體除錯方法的流程圖。

本發明用於執行主動式即時韌體除錯方法的受測裝置包括電性連接的複數個硬體電路，其中複數個硬體電路組態出處理核心、複數個測試點(圖未繪示)、複數個測試點資料暫存器102a、102b、複數個監測點位址暫存器100a、100b、複數個遮罩暫存器101a、101b、與複數個監測點資料暫存器(圖未繪示)。另外，受測裝置例如可以但不限定為微控制器單元。

複數個測試點為受測裝置的不同類型的複數個元件，例如計時器、類比數位轉器、事件偵測器、任務執行單元，且本發明不以此為限制。複數個測試點對應有複數個測試點資料暫存器102a、102b，每一個測試點資料暫存器102a、102b儲存對應的測試點的複數個運行數值。在其中一個實施例中，複數個硬體電路並未組態出複數個遮罩暫存器101a、101b，亦即複數個遮罩暫存器101a、101b為本發明之受測裝置的可選配置元件。

本發明實施例提供的主動式即時韌體除錯方法能用以主動對受測裝置即時監測以藉此除錯，且主動式即時韌體除錯方法的步驟說明如下。首先，在步驟S500中，依序讀取複數個監測點位址暫存器100a、100b所儲存的複數個監測點位址。接著，在步驟S501中，依序讀取複數個監測點位址所對應的複數個測試點資料暫存器102a、102b所儲存的複數個運行數值。以圖1與圖2為例，監測點位址暫存器100a、100b中的位址值0x4000_1000、0x5000_1000依序被讀取，以表示測試點位址之位址值0x4000_1000、0x5000_1000的測試點資料暫存器102a、102b所儲存的複數個運行數值會被讀取。倘若需要觀察監測不同複數個測試點，只要對韌體的代碼修改，使監測點位址暫存器100a、100b儲存的監測點位址改變即可。

在步驟S502中，將讀取的複數個運行數值進行暫存於複數個監測點資料暫存器(圖未繪示)中。然後，在步驟S503中，依序讀取對應於複數個監測點資料暫存器(圖未繪示)的複數個遮罩暫存器101a、101b所儲存的複數個遮罩信號，其中遮罩信號具有複數個位元，複數個位元的數值分別用於表示監測點資料暫存器(圖未繪示)的複數個運行數值是否被選擇成為監測信號的一部分。

以圖1與圖2為例，遮罩暫存器101a儲存的遮罩信號為"10010"則表示對應的監測點資料暫存器中儲存的運行數值的第二跟第五個位元的運行數值會被選出作為監測信號的一部分，其中此監測點資料暫存器中儲存的運行數值的第二跟第五個位元的運行數值為測試點資料暫存器102a所儲存的中斷旗標值INT_FLAG與過運行旗標值OVER_RUN；以及遮罩暫存器101a儲存的遮罩信號為"11000"則表示對應的監測點資料暫存器中儲存的運行數值的第四跟第五個位元的運行數值會被選出作為監測信號的一部分，其中監測點資料暫存器中儲存的運行數值的第二跟第五個位元的運行數值為測試點資料暫存器102b所儲存的狀態值STATUS_0、STATUS_1。

然後，在步驟S504中，將複數個監測點資料暫存器中的複數運行數值的至少一部份組合，以產生監測信號，且使受測裝置主動持續地透過其預設的輸出接腳依序輸出監測信號中的複數個運行數值，其中依據複數個遮罩信號將複數個監測點資料暫存器中的複數運行數值的至少一部份組合，且複數個監測點資料暫存器電性連接測試點資料暫存器102a、102b。以圖1～圖3為例，測試點資料暫存器102a所儲存的中斷旗標值INT_FLAG與過運行旗標值OVER_RUN以及測試點資料暫存器102b所儲存的狀態值STATUS_0、STATUS_1會形成監測信號，且監測信號採用曼徹斯特編碼(Manchester coding)，其包括前綴值PRE與依序在前綴值PRE之後的中斷旗標值INT_FLAG、過運行旗標值OVER_RUN與狀態值STATUS_0、STATUS_1。

在此請注意，在一些實施例中，主動式即時韌體除錯方法不具有步驟S503，且步驟S504，可以依據特定規則將複數個監測點資料暫存器中的複數運行數值的至少一部份組合，例如特定規則為將全部的複數運行數值進行組合，或將複數個監測點資料暫存器中特定幾個位元的複數運行數值做組合。

在此請注意，受測裝置透過預設的輸出接腳是以取樣時脈信號的取樣頻率依序輸出監測信號中的複數個運行數值。取樣時脈信號來自於受測裝置之外部的時脈信號源，取樣頻率為時脈信號源的時脈信號的時脈頻率的整數倍，且關聯於複數個監測點資料暫存器中的複數運行數值中要組合成該監測信號者的總數量，以圖3為例，取樣頻率為取樣頻率為時脈信號源的時脈信號的時脈頻率的5倍(監測信號包括要監測的中斷旗標值INT_FLAG、過運行旗標值OVER_RUN、狀態值STATUS_0、STATUS_1與前綴值PRE)。

較佳地，為了減少佔據受測裝置的接腳，受測裝置僅透過預設的一個輸出接腳輸出監測信號，但本發明不以此為限制。然而，若受測裝置能夠使用的接腳數量夠多，受測裝置也可以透過預設的複數個輸出接腳輸出監測信號，以藉此降低取樣頻率。另外一方面，本發明是使受測裝置運行主動式即時韌體除錯方法，且韌體的執行可以交由受測裝置的執行記憶體接取(DMA)裝置，因此即使受測裝置中的處理核心未啟動(例如，盡如休眠或韌體的執行進入死結(dead lock))或不存在，主動式即時韌體除錯方法可使受測裝置仍主動持續不間斷地透過其預設的輸出接腳依序輸出監測信號中的複數個運行數值。另外，由於複數個測試點可為受測裝置的不同類型的複數個元件，因此，監測信號中的複數個運行數值並沒有類型的限制，及不具有特定屬性。

再者，請參照圖4，圖4是本發明另一實施例之受測裝置的複數個監測點位址暫存器、複數個遮罩暫存器、複數個測試點資料暫存器與預設的輸出接腳輸出的監測信號的示意圖。本發明的主動式即時韌體除錯方法可以針對受測裝置執行多個任務的情況進行除錯。如圖4，監測點位址暫存器100a的監測點位址為位址值CURRENT_TASK_ID，其指向紀錄有目前複數個任務識別ID1～ID3之複數個運行數值的測試點資料暫存器102a，且多個監測點位址暫存器100b的監測點位址為位址值TARGET_i(i例如為1、2或3，表示有3個任務執行)，其指向複數個任務識別ID1～ID3對應的複數個任務的複數個測試點資料暫存器的複數個位址。因此，在圖4中的監測信號包括前綴值PRE、任務識別ID0～ID2的運行數值與對應於任務識別ID0～ID2的三個運行數值X ₁X ₁X ₁X ₁X ₁、X ₂X ₂X ₂X ₂X ₂、X ₃X ₃X ₃X ₃X ₃。藉此，本發明的主動式即時韌體除錯方法在時間性上具有共享功能。

綜合以上所述，本發明所提供的主動式即時韌體除錯方法與能夠執行主動式即時韌體除錯方法的受測裝置具有以下的有益技術效果：(1)不需要複雜介面，僅要預設受測裝置的一個輸出接腳即可以輸出要監測的複數個運行數值；(2)不需要增加過多的原碼內容，且可以讓韌體釋出版本(firmware release version)的韌體代碼不需要移除這些原碼；(3)除錯運行速度快，因此能夠看到連韌體都無法偵測的狀況，而且是即時的，無任何時間延遲疑慮；(4)具有彈性，可以監測受測裝置內部匯流排上任何可以存取的位址之測試點資料暫存器的運行數值，例如各種不同類型的元件的測試點資料暫存器內的運行數值，且這些運行數值可能是韌體之有限狀態機(FSM)的狀態、源程(process flow)與變數(variable)之內容；以及(5)除錯以動態量測的方式進行，受測裝置運作過程當中，可以隨時改變要觀察的對象，例如當受測裝置的系統進入休眠狀態，就開始量測中斷服務來源(interrupt source)的狀態，而當受測裝置的系統被喚醒之後，就開始量測充電器的充電狀態。

本發明在本文中僅以較佳實施例揭露，然任何熟習本技術領域者應能理解的是，上述實施例僅用於描述本發明，並非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。舉凡與上述實施例均等或等效之變化或置換，皆應解讀為涵蓋於本發明之精神或範疇內。因此，本發明之保護範圍應以下述之申請專利範圍所界定者為基準。

100a、100b:複數個監測點位址暫存器 101a、101b:複數個遮罩暫存器 102a、102b:測試點資料暫存器 S500～S504:步驟 0x4000_1000、0x5000_1000、CURRENT_TASK_ID、TARGET_i:位址值 PRE:前綴值 OVER_RUN:過運行旗標值 INT_FLAG:中斷旗標值 ID0～ID2:任務識別 STATUS_0、STATUS_1:狀態值 X ₁X ₁X ₁X ₁X ₁、X ₂X ₂X ₂X ₂X ₂、X ₃X ₃X ₃X ₃X ₃:運行數值

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：圖1是本發明實施例之受測裝置的複數個監測點位址暫存器與複數個遮罩暫存器的示意圖；圖2是本發明實施例之受測裝置的複數個測試點資料暫存器的示意圖；圖3是本發明實施例之受測裝置之預設的輸出接腳輸出的監測信號的示意圖；圖4是本發明另一實施例之受測裝置的複數個監測點位址暫存器、複數個遮罩暫存器、複數個測試點資料暫存器與預設的輸出接腳輸出的監測信號的示意圖；以及圖5是本發明實施例的主動式即時韌體除錯方法的流程圖。

S500~S504:步驟

Claims

一種主動式即時韌體除錯方法，用以主動對一受測裝置即時監測以藉此除錯，該受測裝置具有複數個測試點，該複數個測試點對應有複數個測試點資料暫存器，每一個該測試點資料暫存器儲存對應的該測試點的複數個運行數值，以及該主動式即時韌體除錯方法包括：依序讀取複數個監測點位址暫存器所儲存的複數個監測點位址；依序讀取該複數個監測點位址所對應的該複數個測試點資料暫存器所儲存的該複數個運行數值；將讀取的該複數個運行數值進行暫存於複數個監測點資料暫存器中；以及將該複數個監測點資料暫存器中的該複數運行數值的至少一部份組合，以產生一監測信號，且使該受測裝置主動持續地透過其預設的一輸出接腳依序輸出該監測信號中的該複數個運行數值，其中該監測點資料暫存器電性連接該測試點資料暫存器。
如請求項1所述之主動式即時韌體除錯方法，更包括：依序讀取對應於該複數個監測點資料暫存器的複數個遮罩暫存器所儲存的複數個遮罩信號，其中該遮罩信號具有複數個位元，該複數個位元的數值分別用於表示該監測點資料暫存器的該複數個運行數值是否被選擇成為該監測信號的一部分，且依據該複數個遮罩信號將該複數個監測點資料暫存器中的該複數運行數值的該至少一部份組合。
如請求項1所述之主動式即時韌體除錯方法，其中該受測裝置透過預設的該輸出接腳以一取樣時脈信號的一取樣頻率依序輸出該監測信號中的該複數個運行數值。
如請求項1所述之主動式即時韌體除錯方法，其中該受測裝置僅透過預設的該輸出接腳輸出該監測信號。
如請求項3所述之主動式即時韌體除錯方法，其中該取樣時脈信號來自於該受測裝置之外部的一時脈信號源，該取樣頻率為該時脈信號源的一時脈信號的一時脈頻率的一整數倍，且關聯於該複數個監測點資料暫存器中的該複數運行數值中要組合成該監測信號者的一總數量。
如請求項1所述之主動式即時韌體除錯方法，其中即使該受測裝置中的一處理核心未啟動或不存在，該主動式即時韌體除錯方法使該受測裝置仍主動持續地透過其預設的該輸出接腳依序輸出該監測信號中的該複數個運行數值。
如請求項1所述之主動式即時韌體除錯方法，其中該複數個測試點為該受測裝置中之不同類型的複數個元件。
如請求項1所述之主動式即時韌體除錯方法，其中該複數個監測點位址暫存器中的一第一監測點位址暫存器的一第一監測點位址指向紀錄有目前複數個任務識別之該複數個運行數值的該測試點資料暫存器，且該複數個監測點位址暫存器中的複數個第二監測點位址暫存器的複數個第二監測點位址指向該複數個任務識別對應的複數個任務的該複數個測試點資料暫存器的複數個位址。
一種受測裝置，包括電性連接的複數個硬體電路，其中該複數個硬體電路組態出一處理核心、複數個測試點、複數個測試點資料暫存器、複數個監測點位址暫存器與複數個監測點資料暫存器，其中該受測裝置用於執行主動式即時韌體除錯的步驟包括：依序讀取複數個監測點位址暫存器所儲存的複數個監測點位址；依序讀取該複數個監測點位址所對應的該複數個測試點資料暫存器所儲存的複數個運行數值；將讀取的該複數個運行數值進行暫存於複數個監測點資料暫存器中；以及將該複數個監測點資料暫存器中的該複數運行數值的至少一部份組合，以產生一監測信號，且使該受測裝置主動持續地透過其預設的一輸出接腳依序輸出該監測信號中的該複數個運行數值，其中該監測點資料暫存器電性連接該測試點資料暫存器。
如請求項9所述之受測裝置，其中該受測裝置用於執行主動式即時韌體除錯的步驟更包括：依序讀取對應於該複數個監測點資料暫存器的複數個遮罩暫存器所儲存的複數個遮罩信號，其中該遮罩信號具有複數個位元，該複數個位元的數值分別用於表示該監測點資料暫存器的該複數個運行數值是否被選擇成為該監測信號的一部分，且依據該複數個遮罩信號將該複數個監測點資料暫存器中的該複數運行數值的該至少一部份組合。