引言

隨著多核產(chǎn)品的日益普及，對(duì)跟蹤調(diào)試系統(tǒng)解決方案的性能要求也愈來(lái)愈高。ARM公司針對(duì)復(fù)雜片上系統(tǒng)(SoC)設(shè)計(jì)推出了高度可配置的跟蹤調(diào)試解決方案ARMCoreSightSoC，它滿足了軟件開發(fā)人員在SoC設(shè)計(jì)方面需要更高可視性的要求。在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)復(fù)雜性越來(lái)越高的今天，跟蹤調(diào)試技術(shù)在整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中所占的比重也越來(lái)越大。因此，擁有高效、強(qiáng)大的跟蹤調(diào)試技術(shù)可以大大減少整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間，縮短產(chǎn)品面市時(shí)間，減輕系統(tǒng)開發(fā)的工作量。

在TD-LTE多模基帶平臺(tái)的開發(fā)中，既要滿足多種模式(TD-LTE、TD-SCDMA和GSM)下跟蹤技術(shù)的一致性，又要滿足TD-LTE的高效率要求，更要保證跟蹤信息的有序性、正確性和實(shí)時(shí)性，這對(duì)跟蹤技術(shù)提出了更高的要求。通過(guò)對(duì)原始跟蹤技術(shù)方案與新跟蹤方案的性能進(jìn)行對(duì)比分析，來(lái)選擇更加適合TD-LTE多模基帶平臺(tái)的跟蹤軟件技術(shù)。

1 總體概述

在多模終端的開發(fā)中，跟蹤技術(shù)對(duì)終端的性能有著至關(guān)重要的作用。由于本項(xiàng)目是多模單帶芯片的開發(fā)，多種系統(tǒng)的模式切換對(duì)微處理器的要求較高，鑒于ARM11系列處理器具有超強(qiáng)的性能，采用ARM新指令架構(gòu)——ARMv6設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，故本項(xiàng)目采用ARM1176JZ內(nèi)核。

ARMv6架構(gòu)通過(guò)以下幾點(diǎn)來(lái)增強(qiáng)處理器的性能：

①多媒體處理擴(kuò)展，使MPEG4編碼/解碼速度和音頻處理速度加快一倍;

②增強(qiáng)的Cache結(jié)構(gòu)，實(shí)地址Cache4減少Cache的刷新和重載，減少上下文切換的開銷;

③增強(qiáng)的異常和中斷處理，使實(shí)時(shí)任務(wù)的處理更加迅速;

④支持Unaligned和Mixed-endian數(shù)據(jù)訪問，使數(shù)據(jù)共享、軟件移植更簡(jiǎn)單，也有利于節(jié)省存儲(chǔ)器空間。

在多模芯片的開發(fā)中，本項(xiàng)目將跟蹤技術(shù)作為芯片軟件開發(fā)中的一個(gè)小模塊來(lái)處理，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

當(dāng)其他模塊有跟蹤信息打印時(shí)，其他模塊調(diào)用TRACE模塊提供的打印函數(shù)。TRACE模塊接收到打印信息后，通過(guò)設(shè)置打印參數(shù)來(lái)判斷是否需要把這些打印信息發(fā)送到PC機(jī)。如果需要，則通過(guò)UART串口將打印信息傳送到PC機(jī)的TRACE跟蹤軟件，TRACE模塊對(duì)其進(jìn)行解碼之后，通過(guò)解碼軟件顯示出來(lái)。

2 原始跟蹤方案

2.1 緩存管理機(jī)制

原方案中的緩存管理機(jī)制采用備份緩存管理機(jī)制，采用含跟蹤頭和跟蹤信息的跟蹤信息幀格式，將跟蹤信息寫入一個(gè)大小為128 KB的全局跟蹤信息緩存中。為避免在任務(wù)切換頻繁時(shí)，當(dāng)前任務(wù)被高優(yōu)先級(jí)任務(wù)打斷造成數(shù)據(jù)丟失，申請(qǐng)一個(gè)16 KB的備份緩存用于存放高優(yōu)先級(jí)任務(wù)跟蹤信息。若當(dāng)前跟蹤源在進(jìn)行寫人操作，高優(yōu)先級(jí)任務(wù)調(diào)用跟蹤接口，當(dāng)前跟蹤源的任務(wù)就被搶占，則將高級(jí)任務(wù)的跟蹤信息寫入備份緩存中，當(dāng)前跟蹤源繼續(xù)進(jìn)行當(dāng)前未完成的寫操作。

每次寫完當(dāng)前跟蹤信息，檢查備份緩存中是否有數(shù)據(jù)，若有，則將備份緩存中的跟蹤信息拷回至全局跟蹤信息緩存中，從而保證全局跟蹤信息緩存中跟蹤信息的連續(xù)性，原始方案跟蹤緩存場(chǎng)景圖如圖2所示。在本方案中，緩存機(jī)制內(nèi)部采用svnsprintf函數(shù)將跟蹤信息寫入緩存，該函數(shù)可以滿足跟蹤源打印多個(gè)變量的值，通過(guò)遍歷參數(shù)列表，找出跟蹤源需要打印參數(shù)的類型和個(gè)數(shù)，這樣跟蹤源在打印動(dòng)態(tài)臨時(shí)字符串時(shí)使用統(tǒng)一的跟蹤接口，使其他模塊的跟蹤源在使用跟蹤接口時(shí)更加方便。

2.2 跟蹤控制機(jī)制

原始方案的跟蹤通過(guò)類別和進(jìn)程進(jìn)行控制，進(jìn)程的控制包括變量、主函數(shù)和子函數(shù)。PC端通過(guò)跟蹤控制工具發(fā)送相應(yīng)的AT命令，在終端的內(nèi)存中讀取相應(yīng)的設(shè)置值。若讀取的設(shè)置值與跟蹤源的值相等，則打印出該條跟蹤;若不相等，則丟棄本條跟蹤。在本方案中所有的跟蹤控制都是在跟蹤接口內(nèi)部，這樣對(duì)各種跟蹤信息的控制更加明確和具體，通過(guò)switch…case語(yǔ)句對(duì)跟蹤類型進(jìn)行判斷，從而決定屏蔽跟蹤信息還是打印跟蹤信息。原始跟蹤控制圖如圖3所示，每種模式的跟蹤控制都采用同樣的機(jī)制，圖3中以TDS模式下的跟蹤控制為例進(jìn)行介紹。

2.3 傳輸控制機(jī)制

實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)通過(guò)串口在PC端和ARM子系統(tǒng)之間進(jìn)行通信，采用DMA總線控制器進(jìn)行跟蹤信息搬移。DMA是一種不經(jīng)過(guò)ARM處理器的CPU，可直接從內(nèi)存中存取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換模式。在DMA模式下，CPU只需向DMA總線控制器下達(dá)指令，就可使其處理數(shù)據(jù)的傳送，接收數(shù)據(jù)傳送完畢的反饋信息，從而大大降低了CPU資源占有率。傳輸控制單元采取DMA同步中斷發(fā)送跟蹤信息，每次以等長(zhǎng)字節(jié)傳輸，將跟蹤信息搬移至串口發(fā)送寄存器中，再通過(guò)配置串口發(fā)送寄存器，將跟蹤信息發(fā)送至PC端解析顯示單元。

3 優(yōu)化后跟蹤方案

3.1 新跟蹤緩存的管理

本設(shè)計(jì)方案采用的緩存機(jī)制是利用所有跟蹤函數(shù)在進(jìn)入跟蹤時(shí)，均能夠確切知道當(dāng)前跟蹤信息所需存儲(chǔ)空間長(zhǎng)度的特點(diǎn)，為當(dāng)前跟蹤信息預(yù)留出所需要的存儲(chǔ)空間。當(dāng)?shù)蛢?yōu)先級(jí)任務(wù)的跟蹤信息被高優(yōu)先級(jí)任務(wù)跟蹤信息搶占時(shí)，內(nèi)存中已經(jīng)為低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的跟蹤信息預(yù)留了存儲(chǔ)空間，不會(huì)導(dǎo)致跟蹤信息丟失和錯(cuò)亂的情況，新緩存機(jī)制圖如圖4所示。

通過(guò)維護(hù)兩個(gè)寫索引和一個(gè)全局讀索引來(lái)管理緩存，其中兩個(gè)寫索引分別為全局寫索引和當(dāng)前寫索引，全局寫索引用來(lái)與全局讀索引進(jìn)行匹配，通過(guò)這兩個(gè)索引來(lái)計(jì)算緩存的剩余空間和已用空間，從而判斷何時(shí)發(fā)送和寫入跟蹤信息;而當(dāng)前寫索引的作用就是為當(dāng)前的跟蹤信息預(yù)留空間。在本設(shè)計(jì)中摒棄了svnprintf函數(shù)，采用memcpy函數(shù)直接將跟蹤信息寫入緩存中，并且采用固定參數(shù)的跟蹤接口，跟蹤源根據(jù)跟蹤信息的不同需求，調(diào)用相應(yīng)變量的跟蹤接口。