MICROBLAZE的調試方法介紹

    MICROBLAZE是XILINX提供的採用大端存儲系統、指令和數據採用哈佛結構的32位軟核，可在SPARTAN2，3和VIRTEX系統上運行，現對其調試方法做一個簡單介紹，希望對有興趣這方面開發的人有所幫助。
    XILINX提供的調試環境主要有GDB和SDK。即在XPS環境下可通過調用GDB完成，也可將程序導入SDK環境下進行調試。這兩種方法都是通過XMD作為底層工具與目標進行通訊。本文以XPS環境下的GDB調試為例。
    調試的方法主要由4種：MDM，XMD-stub，ISS和Virtual Platform。其中后兩為模擬調試，不需要目標硬體支持，對於沒有目標板的而又想預先程序開發的用戶是個不錯的選擇。下面對這4種方法逐一做一簡要介紹。

1． MDM（Microprocessor Debug Module）
    這種方式是基於硬體的調試方法。主機通過JTAG與FPGA中的MDM core相連，而MDM又與Microblaze的調試埠連接起來，從而完成調試信息的通訊。一個MDM模塊可以與一個和多個MicroBlaze處理器核相連，如下圖1。
 
圖1 MDM連接
    首先要加入opb_mdm模塊並完成與microblaze調試介面的連接，並設置好相應的參數，如圖2所示。如果是通過BSB創建的項目，選擇Use On-chip Debug Logic作為調試方式即可完成opb_mdm模塊的加入。
 
 
 
 
圖2 MDM相關設置
相應的MHS文件為：
BEGIN microblaze
PARAMETER INSTANCE = microblaze_0
PARAMETER HW_VER = 4.00.a
PARAMETER C_DEBUG_ENABLED = 1
PARAMETER C_NUMBER_OF_PC_BRK = 2
PARAMETER C_NUMBER_OF_RD_ADDR_BRK = 1
PARAMETER C_NUMBER_OF_WR_ADDR_BRK = 1
BUS_INTERFACE DLMB = dlmb
BUS_INTERFACE ILMB = ilmb
BUS_INTERFACE DOPB = mb_opb
BUS_INTERFACE IOPB = mb_opb
PORT CLK = sys_clk_s
PORT DBG_CAPTURE = DBG_CAPTURE_s
PORT DBG_CLK = DBG_CLK_s
PORT DBG_REG_EN = DBG_REG_EN_s
PORT DBG_TDI = DBG_TDI_s
PORT DBG_TDO = DBG_TDO_s
PORT DBG_UPDATE = DBG_UPDATE_s
END
BEGIN opb_mdm
PARAMETER INSTANCE = debug_module
PARAMETER HW_VER = 2.00.a
PARAMETER C_MB_DBG_PORTS = 1
PARAMETER C_USE_UART = 1
PARAMETER C_UART_WIDTH = 8
PARAMETER C_BASEADDR = 0x41400000
PARAMETER C_HIGHADDR = 0x4140ffff
BUS_INTERFACE SOPB = mb_opb
PORT OPB_Clk = sys_clk_s
PORT DBG_CAPTURE_0 = DBG_CAPTURE_s
PORT DBG_CLK_0 = DBG_CLK_s
PORT DBG_REG_EN_0 = DBG_REG_EN_s
PORT DBG_TDI_0 = DBG_TDI_s
PORT DBG_TDO_0 = DBG_TDO_s
PORT DBG_UPDATE_0 = DBG_UPDATE_s
END
    其中PARAMETER C_USE_UART = 1是使能MDM中的UART功能，可通過它模擬UART從JTAG口傳送數據。
    在啟動XMD與目標板連接之前，應用相應的設置如圖3所示，選擇HARDWARE，即選用MDM的調試方法。
 
圖3
    如一切正常的話，則XMD窗口顯示的信息如圖4所示。
 
 
圖4 MDM信息顯示
此時便可啟動GNB進行軟體調試了。

2 XMDSTUB
    這是一種基於軟體的調試方法。XMDSTUB是一段從0x0開始的監控程序（ROM MONITOR），它可通過JTAG－UART（在OPB－MDM中使能的UART，當然也可單獨加入一JTAG－UART IP核）或UART口與XMD完成數據通訊，因此在MSS文件中必須有一個OPB－MDM或UARTLITE設計為XMDSTUB PERIPHERAL。相應的MSS文件如下所示：
BEGIN microblaze
PARAMETER INSTANCE = microblaze_0
PARAMETER HW_VER = 3.00.a
PARAMETER C_DEBUG_ENABLED = 0
BUS_INTERFACE DOPB = mb_opb
BUS_INTERFACE IOPB = mb_opb
BUS_INTERFACE DLMB = dlmb
BUS_INTERFACE ILMB = ilmb
PORT CLK = sys_clk_s
END
BEGIN opb_mdm
PARAMETER INSTANCE = debug_module
PARAMETER HW_VER = 2.00.a
PARAMETER C_MB_DBG_PORTS = 0
PARAMETER C_USE_UART = 1
PARAMETER C_UART_WIDTH = 8
PARAMETER C_BASEADDR = 0x80002000
PARAMETER C_HIGHADDR = 0x800020ff
BUS_INTERFACE SOPB = mb_opb
PORT OPB_Clk = sys_clk_s
END
.....
當然這也可通過GUI進行設置，PROJECT－SOFTWARE PLATFORME SETTING，如圖5所示：
 
圖5
    在Applications中完成如圖6所示的設置，保證在編譯時將XMDSTUB程序從0x0處開始放置。
    另在XMD設置中，即圖3中，應選擇stub選項。在advanced options中，默認的是JTAG方式的連接，即採用JTAG－UART方式，用JTAG口模擬UART功能。如要選用UART方式，可勾上advanced options,選擇serial,並設置好相應的串口參數，與IP CORE中選中的UARTLITE參數保持一致，保證正確連接，如圖7所示。
    另外，有一個有意思的事，不知是不是我機子的問題，就是當我將advanced options中選為SERIAL之後，就沒法再改回JTAG了，SAVE時總是報錯。一個解決的辦法就是先將CONNECTION TYPE改為其它類型SAVE，然後再改回STUB，此時就不要再選advanced options了，因為默認的是JTAG方式。
 
圖6
 
 
圖7
    上述設置完成後，便可DOWNLOAD程序，將XMDSTUB程序下載時FPGA中，然後打開XMD進行連接和啟動GDB的SEVER，最後用GDB完成應用程序的下載和調試。

3 ISS（Instruction Set Simulator）
    這是一種基於指令集模擬的調試方法，只能支持處理器和內存模型，對其它的周邊硬體不支持。在圖3中選用SIMULATOR，沒有使用過這種方法，所以不多說。

4 Virtual Platform systems
    虛擬平台是硬體系統指令周期級的模擬模型。通過它可以在沒有硬體的基礎上，進行應用程序的調試和優化。如果沒有硬體平台，這是一種很好的選擇。
    在XPS中，選擇Tools > Generate Virtual Platform創建虛擬平台。然後在圖3的XMD中便可選擇virtual platform選項。打開XMD，輸入vpconnect命令，或前三個字母vpc，完成XMD與虛擬平台的連接，如圖8所示。 最後便可運行GDB程序進行相應的調試工作了。
 
圖8
這4種調試方法先介紹到這裡，具體可參考XILINX公司提供的文檔。文中錯誤在所難免，希望大家指正，telantan@sohu.com