【ARM Coresight 介绍 3 - ARM Cortex-M DWT】

文章目录

1.1 ARM DWT 介绍
- 1.1.1 跟踪接口：
- 1.1.2 调试模式
- 1.1.3 数据观察点和跟踪(Data Watchpoint and Trace)
- 1.1.4 Cortex-M7 DWT 寄存器
- 1.1.5 DWT Debug 接口

1.1 ARM DWT 介绍

Cortex-M7 CoreSight 系统框图
下图参考 Cortex-M3：

1.1.1 跟踪接口：

CoreSight 架构的另一个作用是Trace 数据(跟踪数据)，在Cortex-M7 中有 3 种跟踪源：

指令跟踪：由 ETM (嵌入式跟踪宏单元)产生‘’
数据跟踪：由 DWT 产生；
调试消息：由 ITM 产生，提供形如printf的消息输入，送到调试器的 GUI中，在跟踪踪过程中，由跟踪源产生的数据被裹成数据包，然后被送到 “高级跟踪总线 (ATB)”上进行传送给下一级sink。

1.1.2 调试模式

在 Cortex-M7 中的调试操作模式分为两种:

第一种称为 halt (停机模式)，在进入此模式时，处理器完全停止程序的执行;
第二种则称为 “debug monitor exception” (调试监视器模式)，此时处理器执行相应的调试监视器异常服务例程，由它来执行调试任务，此时依然允许更高优先级的异常抢占它。调试监视器的异常号为12，优先级可编程。除了调试事件可以触发异常外，手工设置其悬起位也可以触发本异常。
- 停机模式
  - 指令执行被停止；
  - SysTick定时器停止；
  - 支持单步操作；
  - 中断可以在这期间悬起，并且可以在单步执行时响应。也可以掩蔽它们，使得单步时不受干扰。
- 调试监视器模式
  - 处理器执行调试监视器异常的服务例程（异常号：12）；
  - SysTick定时器继续运行；
  - 新来的中断按普通执行时的原则来抢占；
  - 执行单步操作；
  - 存储器的内容（如堆栈内存）会在调试监视器的响应前后更新，因为有自动入栈和出栈的动作。

1.1.3 数据观察点和跟踪(Data Watchpoint and Trace)

DWT单元集成了以下调试功能：

DWT包含4个比较器，其中的任一个都可配置为硬件观察点、ETM触发、PC采样事件触发、或数据地址采样事件触发。
第一个比较器DWT_COMP0还可与时钟周期计数器(CYCCNT)进行比较。
DWT包含几个用于性能分析(performance profiling)的计数器。
- 时钟周期(CYCCNT)
- 折迭(folded)指令
- LSU操作(Load Store Unit)
- 睡眠周期
- CPI(除第1个周期之外的所有指令周期)
- 中断开销(interrupt overhead)
DWT能够配置为以定义的间隔发送PC采样，以及发送中断事件信息。

1.1.4 Cortex-M7 DWT 寄存器

DWT 控制寄存器
DWT 控制寄存器用来使能DWT模块

DWT 当前 PC采样周期计数寄存器
该寄存器用来对内核周期进行计数，计数值用来测量消耗时间

如果PCSAMPLENA置位，当所选的节拍位改变(0到1或1到0)并且后标量值计作0时，对PC进行采样并发出采样事件;
如果CYCEVTENA置位（并且PCSAMPLENA清零），当所选的节拍位改变(0到1或1到0)并且后标量值计作0时，发出一个事件;
应用程序和调试器能用它来测量消耗的执行时间。通过减去起始和结束时间，应用程序能够测量两个内核时钟（内核停止处于调试状态时除外）之间的时间。这对于2^32内核时钟周期是有效的（例如，在50MHz时大约为82s)。

DWT CPI(Clocks Per Instruction) 计数寄存器
DWT CPI 计数寄存器用来计算除第一个周期之外的指令周期的总数目，只有低8bit范围。

DWT 异常开销计数寄存器
DWT 异常开销计数寄存器用来计算中断处理过程中消耗的总周期数，只有低8bit 范围

DWT 睡眠计数寄存器
DWT睡眠计数寄存器用来计算处理器处于睡眠的总周期数，只有低8bit范围

DWT LSU 计数寄存器
该寄存器用来计算当处理器处理LSU操作时的总周期数，第一个周期除外，只有低8bit范围有效

DWT 折迭计数寄存器
该寄存器用来计算折迭指令的总数目。当指令不需要任何周期是该计数器计作1

DWT 比较器寄存器
DWT 比较器寄存器0-3用来存放触发观察点事件写入的值，

如果DWT_FUNCTION0中的域CMATCH置位，DWT_COMP0可以与PC采样器计数器的值（DWT_CYCCNT）进行比较。

如果DWT_FUNCTION0的FUNCTION 域(BIT[3:0])为0x4, 则PC指令的地址与DWT_COMP0中的值进行比较。

配置DWT_FUNCTION0/1/2/3的FUNCTION 域(BIT[3:0])为其他值，则DWT_COMP0/1/2/3可以与数据地址进行比较，具体配置的值需要参考DWT功能寄存器的设置。

地址比较器特点：
地址比较器一共都是偶数个。比如2个，4个或者6个。其原因在于这些 comparator 可以两两组成一个地址范围，比如：[address0, address1]。

这就是所谓的 address range comparator。其表征的地址范围为(address >= range start address) AND (address < range end address)

数据比较器特点：
用于表示在发生数据操作(load,store 等等)时的操作数。数据比较器没有range的概念。但是每一个value 比较器都有一个跟它对应的mask的寄存器。所以它可以用来表示一些匹配值。

DWT 屏蔽寄存器 0-3
当COMP匹配时，DWT屏蔽寄存器0-3用来对数据地址进行屏蔽,

0 - Byte;
1 - Halfword(2bytes);
2 - Word;
3 - 8Bytes;
4 - 16 Bytes,

note: 当前在rt-thread.elf中可以看到，指令地址为2字节对齐方式，所以在测试指令地址匹配时，需要将MASKn 配置为0(1Byte)

DWT 功能寄存器 0-3
DWT功能寄存器0-3用来控制比较器的操作。每个比较器能够：
与PC或数据地址相比较，由CYCMATCH控制的，该功能只适用比较器0(DWT_COMP0)

1.1.5 DWT Debug 接口

当前在 DWT Driver 中提供了两个 debug 接口函数：

int debug_watch_on(void *addr, dwt_func_t callback)
void debug_watch_off(void)

参数：
addr: 需要监控的全局变量地址
callback：当监控的变量被修改时，执行的注册函数

用户完成监控后需要调用 debug_watch_off 函数来关闭监控功能

ARM DWT 使用参考代码
TODO

参考阅读：
https://developer.aliyun.com/article/719879
https://blog.csdn.net/u012793457/article/details/118577450
http://www.360doc.com/content/18/0125/15/496343_725004399.shtml