DE4440438A1 - Einrichtung und Verfahren zur Analyse von Rechnersoftware - Google Patents
Einrichtung und Verfahren zur Analyse von RechnersoftwareInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Analyse von Rechner-
Software, mit dem sich auf einfache Weise Software-Monitore und Software-Debugger für
die Programmentwicklung auf eingebetteten Systemen ("Embedded Systems") um
Funktionen wie z. B. Hardware-Breakpoints und Hardware-Trace ergänzen lassen.
Zum Test und zur Analyse von Software für "Embedded Systems" sind derzeit zwei
verschiedene Verfahren im Einsatz. Bei dem einen Verfahren werden Hardware-
Emulatoren verwendet, bei dem zweiten Verfahren wird die Testhilfe nur durch Software
realisiert.
Bei Einsatz eines Hardware-Emulators werden die sich in einer Fassung auf der
Zielhardware befindlichen Prozessoren, durch einen entsprechenden Adapter ersetzt, der
über ein Kabel mit dem eigentlichen Emulator verbunden ist. Man erhält mit Hilfe dieser
Hardware die Möglichkeit, die einzelnen Schritte der Befehlsabarbeitung des aus seiner
Fassung entfernten Prozessors zu emulieren und alle Signale des Prozessors zu
überwachen. Dadurch kann z. B. die Ausführung des zu testenden Programms bei einem
bestimmten Signalmuster am Prozessor angehalten werden - nachfolgend wird dieser Fall
"Hardware-Breakpoint" genannt - oder eine Historie von Signalmustern, die auszuführenden
Einzelbefehlen entsprechen, aufgezeichnet werden - nachfolgend wird dieser Fall
"Hardware-Trace" genannt. - Dadurch, daß alle Signale des Prozessors über den Adapter
emuliert werden, können weitere Testhilfen, wie z. B. Emulationsspeicher hinzugefügt
werden.
Für den Softwaretest auf eingebetteten System werden nun in zunehmenden Maße auch
Software-Monitore und -Debugger anstelle von Emulatoren eingesetzt. Diese haben aber
den Nachteil, daß nicht alle Eigenschaften eines Emulators, - wie z. B. die oben erwähnten
Funktionen "Hardware-Breakpoints" und "Hardware-Trace" - ermöglichen.
Während Software-Monitore und -Debugger eine preisgünstige Lösung - mit den bereits
erwähnten Nachteilen - für den Softwaretest auf eingebetteten Systemen darstellen, sind
Emulatoren sehr teuere Lösungen, die aufgrund ihrer physikalischen Verbindungen z. B.
kurze Adapterkabel, und der Größe der Geräte oft nicht einsetzbar sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile zu
vermeiden. Ferner sollen Software-Monitore und -Debugger in einfacher Weise um die
Funktionalität von "Hardware-Breakpoints" und "Hardware-Trace" erweitert werden, ohne
dabei die erwähnten Nachteile eines Emulators aufzuweisen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Einrichtung zur Überwachung von Rechner-
Software mit einem Trägerelement, mit einem Prozessor-Adapter und einem Prozessor-
Sockel zur Aufnahme eines Prozessors und einer digitalen Schaltung zur Analyse von
Signalen, die zwischen einem Prozessor, der auf den Prozessor-Sockel gesteckt wird und
den Prozessor-Adapter, der auf eine Platine mit weiteren Schaltungen gesteckt werden
kann, ausgetauscht werden, gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den
Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsmäßige Einrichtung ermöglicht die kontrollierte Ablaufunterbrechung eines
Programms (Hardware-Breakpoints) in Mikroprozessorsystemen ohne Emulatoreinsatz und
kann so für die Programmanalyse und den Programmtest Emulatoren ersetzen.
Das Trägerelement wird anstelle des Mikroprozessors in ein Hardware-Zielsystem gesteckt.
Das Zielsystem ist die Stelle, an der vorher der Prozessor in einer Platine oder dgl.
angeordnet war. Der entfernte Prozessor wird dann in den Prozessor-Sockel des
Trägerelementes eingesetzt. Auf dem Trägerelement werden nun mittels Überwachungs
und/oder Steuerschaltung kontinuierlich der Adress- und Datenbus des Zielsystems
überwacht. Falls die Bedingungen für einen vom Benutzer definierten Hardware-Breakpoint
erfüllt sind, wird durch das Trägerelement eine Unterbrechungsanforderung - im folgenden
auch Interrupt genannt - ausgelöst, als wäre das Trägerelement ein Teil des Zielsystems.
Falls die Programmunterbrechung durch Interrupts nicht gewünscht wird, können die
Hardware Breakpoints auch nur angezeigt werden, z. B. über andere entsprechend an das
Trägerelement angeschlossene geeignete Darstellungsmittel.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das
Trägerelement durch Ausbildung des Prozessor-Adapters, der dem Zielsystem-Interface
zugeordnet ist und des Prozessor-Sockels, der dem Mikroprozessor-Interface zugeordnet
ist, eine sehr kompakte digitale Bauweise der Software-Überwachungseinrichtung
ermöglicht.
Ferner ermöglicht der modulare Schaltungsaufbau (Sandwich-Bauweise) eine einfache
Erweiterung der Schaltung auf dem Trägerelement und dadurch weitere Funktionen durch
die Integrationen separater Zwischenplatinen. Außerdem existieren keine physikalischen
Verbindungen zu externen Geräten über Kabel. Auch kann der direkte Einbau der
erfindungsgemäßen Einrichtung in die Zielhardware ohne Beeinflussung der Funktion der
Zielhardware oder des auszuführenden Programms realisiert werden. Durch die
Kurzübertragungswege zwischen dem Prozessor und dem Zielsystem werden keine
nachteiligen Laufzeiten generiert.
Schließlich erlaubt die Programmierbarkeit der Überwachungslogik an dem Trägerelement
eine hohe Flexibilität durch austauschbare Programmlogik im Feld.
Auch kann ohne eine separate Spannungsversorgung die Software-Analyse durchgeführt
werden.
Die erfindungsgemäße Lösung stellt eine "Plug and Play"-Lösung dar, bei der das
Trägerelement lediglich an die Stelle des Prozessors in die Zielhardware und der Prozessor
auf das Trägerelement gesteckt werden muß. Weiter sind keine Eingriffe weder in
Hardware noch in Software des Zielsystems notwendig.
Die Möglichkeit der Überwachungseinrichtung als Erweiterung der vom Benutzer
entwickelten Applikationen ist jederzeit möglich.
Das erfindungsgemäße System kann sehr leicht auf eine weitere Funktionalität erweitert
werden, so daß das Trägerelement auf die speziellen Wünsche des Benutzers des Systems
angepaßt werden kann.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen auch darin, daß statt des sehr teueren
und komplexen Emulators lediglich ein Software-Debugger und der Software-Monitor
vorhanden sein müssen, um die für den Software-Test auf dem Zielsystem - "Embedded
Sytem" - benötigten Funktionen "Setzen eines Hardware-Breakpoints" und/oder
"Protokollieren des Hardware-Trace" für den Software-Test einsetzen zu können.
Nachfolgend wird die Erfindung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher
erläutert. In der Zeichnung stellen dar:
Bild 1 Geräteaufbau,
Bild 2 Ein Blockschaltbild der digitalen Schaltungen des Trägerelements (Basis-System).
Bild 1 zeigt den Geräteaufbau des Basis-Systems, bestehend aus zwei
zusammensteckbaren Platinen (1) und (2), die ein Trägerelement bilden. Die erste Platine
ist die sogenannte "Zielsystem-Platine" während die zweite Platine die sogenannte
"Prozessor-Platine" ist. Die Zielsystem-Platine weist einen Prozessor-Adapter (4) auf,
welcher in eine Zielhardware einsteckbar ist. Die Prozessor-Platine weist einen Prozessor-
Sockel (5) zur Aufnahme eines Prozessors (nicht dargestellt) auf. Ferner weist die
Prozessor-Platine einen programmierbaren Baustein (7) zur Aufnahme einer Überwa
chungs- und Steuerschaltung (8) zur Analyse von Signalen bzw. Signalmustern auf.
Weitere zwischen der Zielsystem-Platine und Prozessor-Platine einsetzbare Schaltungen
sind auf einer oder mehreren Zwischenplatinen realisierbar und können einfach auf das
Trägerelement gesteckt oder einstöckig mit diesem verbunden werden. Weitere
Erweiterungen wie z. B. eine serielle Schnittstelle nach außen, eine Speichererweiterung für
das Zielsystem oder Hardware-Trace-Einrichtungen sind durch das Einsetzen
entsprechender Zwischenplatinen in das Trägerelement möglich.
Die Zielsystem-Platine enthält einen Mikroprozessor-Adapter zur Installation des
Trägerelements in das Zielsystem der Hardware. Die Prozessor-Platine enthält einen
Mikroprozessor-Sockel für den aus der Zielsystem-Hardware entnommenen
Mikroprozessor. Auf der Unterseite der Prozessor-Platine befindet sich ein sogenanntes
FPGA (Field Programmable Gate Array), das die gesamte Logik des in Bild 2 dargestellten
Basis-Systems enthält.
Die in Bild 2 dargestellte Überwachungs- und Steuerschaltung (8) des Trägerelementes (3)
besteht aus einem Mikroprozessor-Interface (15) welches mit dem Prozessor-Sockel (5)
verbunden ist. Außerdem weist das Trägerelement (3) ein Zielsystem-Interface (16) auf
dem Mikroprozessor-Adapter (1) auf. Über Datenleitungen bzw. Datenbusse (17,18, 19) ist
das Prozessor-Interface (15) mit dem Zielsystem-Interface (16) verbunden. Das
Mikroprozessor-Interface weist eine Adresskonfiguration (21) auf, welche über einen
Datenbus (20) mit einem Adress-Decoder (12) der Überwachungs- und Steuerschaltung (8)
verbunden ist. Ferner ist der Adress-Decoder (12) mittels Steuerleitungen (22) und (23) mit
einem Kontroll- und Breakpoint-Register (13) und mit einem Daten-Bestätigungsgenerator -
Data Acknowledge Generator (14) - verbunden. Ferner ist eine Komparator- und
Breakpoint-Erkennungslogikschaltung (9) vorgesehen, welche über Datenleitungen (25)
und (26) mit den Datenleitungen (17) und (18) zwischen dem Zielsystem-Interface (16) und
dem Mikroprozessor-Interface (15) verbunden ist. Die Komparator- und Breakpoint-
Erkennungslogik (9) ist über eine weitere Datenleitung (24) mit dem Kontroll- und
Breakpoint-Register verbunden und über Steuerleitungen (27) und (28) mit einer
Unterbrechungsschaltung (Interrupt-Logik) (11) verbunden und mittels der Steuerleitung
(10) mit dem Mikroprozessor-Interface (15) und über eine Steuerleitung (29) mit dem Daten-
Bestätigungsgenerator (14) verbunden. Das Kontroll- und Breakpoint-Register (13) ist über
Datenleitungen (33) und (34) mit den Datenleitungen (25) und (26) und über eine
Datenleitung (30) mit der Unterbrechungsschaltung (11) verbunden. Die
Unterbrechungsschaltung (11) ist über Datenleitungen (31) und (32) mit dem Zielsystem-
Interface (16) und dem Mikroprozessor-Interface (15) verbunden, - die voran beschriebene
Überwachungs- und Steuerschaltung des Trägerelementes stellt das Basis-System der
erfindungsgemäßen Einrichtung dar, welche über zusätzliche Platinen um weitere
Funktionen erweitert werden kann.
Die erwähnte Adresskonfiguration (21) wird durch den Adress-Decoder ermöglicht und
erlaubt die Zuordnung des Trägerelements bzw. der Schaltung des Trägerelements in einen
für den Benutzer geeigneten Adressraum. In diesem Adressraum ist das Trägerelement wie
ein gewöhnlicher Speicher (memory mapped I/O) vom Zielsystem und dessen Programmen
ansprechbar.
Die Spannungsversorgungskonfiguration erlaubt die Auswahl einer Spannungsversorgung
durch eine separate Quelle oder durch das Zielsystem. Durch die geringe Stromaufnahme
des Basis-Systems ist für das Basis-System in den meisten Fällen die
Spannungsversorgung des Zielsystems für den Mikroprozessor möglich. In diesem Fall
kann das Trägerelement bzw. seine Schaltungen ohne Verkabelung und ohne zusätzliche
Spannungsversorgung mit dem Zielsystem und Prozessor betrieben werden.
Alle Prozessorsignale des Zielsystems, mit der Ausnahme der Signale zur Interrupt-
Steuerung durch die Interrupt-Logik und zur Bestätigung der Datenübernahme durch den
Daten-Bestätigungsgenerator (Data Acknowledge Generator) werden direkt zur Prozessor-
Platine und damit zum angeschlossenen Prozessor geführt und lediglich durch die
Überwachungslogik beobachtet. Die nicht direkt zum Mikroprozessor geleiteten Signale
werden durch die Software-Überwachungsschaltung (8) kontrolliert, wobei dazu das
Kontroll- und Breakpoint-Register (13) und der damit verbundene Vergleicher und
Breakpoint-Erkennungslogik (9) dienen.
Die zu kontrollierenden Signale sind im wesentlichen:
- - das Signal zur Bestätigung der Datenübernahme um Lese - oder Schreibzyklen abzuschließen,
- - die Signale zur Anzeige einer Unterbrechungsanforderung, der vom Zielsystem oder vom Hardbreaker ausgelöst wurde,
- - das/die Signal(e) zur weiteren Verarbeitung eines Interrupts.
Alle Signale, die von den Schaltungen des Trägerelements überwacht oder verändert
werden, sind gepuffert, so daß die Belastung des Mikroprozessors minimal ist.
Im operationellen Betrieb des Zielsystems - d. h. wenn die Schaltungen des
Trägerelementes nicht zur Programmierung durch das Zielsystem angesprochen werden
oder keine Unterbrechungsanforderung auslöst wird - werden diese Signale so schnell wie
möglich durch die Trägerelement-Schaltungen geschleust (Basis-System). Die daraus
resultierende Verzögerung von weniger als 10 ns hat gewöhnlich keinen Einfluß auf die
Programmausführung des Zielsystems.
Ferner weist die Software-Untersuchungs- und Kontroll-Logik des Trägerelementes
Anschlüsse für von außen anschließbare Steuerleitungen auf, durch die der Benutzer die
Bedingungen zur Auslösung eines Hardware-Breakpoints bzw. zum Start des Hardware-
Trace bei der Ausführung des zu testenden Programms definieren kann. Während der
Ausführung des zu testenden Programms beobachten die Überwachungs- und
Steuerschaltung des Trägerelementes die Daten auf dem Daten- und Adressbus. Falls die
Bedingungen für einen Hardware-Breakpoint erfüllt sind, wird eine
Unterbrechungsanforderung ausgelöst bzw. ein Trace gestartet.
Durch die Unterbringung der kompletten Logik in einem FPGA, können insbesondere
jederzeit andere/neue Funktionen den Schaltungen zugeordnet werden, was mit einer
sogenannten "im Feld Programmierung" möglich ist.
Claims (15)
1. Einrichtung zur Überwachung von Rechner-Software, mit einem Trägerelement (3), das
einen Mikroprozessor-Adapter (4) zum Einsetzen der Einrichtung in ein Hardware-
Zielsystem, einen Prozessor-Sockel (5) zur Aufnahme eines Prozessors und eine
Überwachungs- und Steuerschaltung (8), die zwischen den Prozessor-Adapter (4) und
den Prozessor-Sockel (5) geschaltet ist, und zur Analyse von Signalen, die zwischen
den Prozessor-Sockel (5) und dem Prozessor-Adapter (4) übertragen werden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (3) zusammensteckbar ist und/oder
Steckplätze für einsetzbare Zwischenplatinen aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung (8) des Trägerelementes (3)
einen Komparator (9) und eine Steuerleitung (10) zum Prozessor-Sockel (5) aufweist,
und daß die Überwachungs- und Steuerschaltung (8) den Programmablauf in einem auf
den Sockel gesteckten Prozessor unterbricht, wenn ein bestimmtes Signalmuster
erkannt worden ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungs- und Steuerschaltung (8) des
Trägerelementes (3) Mittel zum Feststellen eines bestimmten Signalmusters in einem
auf den Sockel gesteckten Prozessors aufweist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungs- und Steuerschaltung (8) des
Trägerelementes (3) eine Unterbrechungssteuerung (11) enthält, die die Ausführung
des zu testenden Programms bei einem bestimmten festgelegten Signalmuster am
Prozessor anhält.
6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung des Trägerelementes (3) eine
Aufzeichnungseinrichtung, z. B. Speicher für Signalmuster, auf einer Zwischenplatine
ermöglicht.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (3) einen Signalausgang aufweist, an
dem eine Wiedergabeeinheit zur Darstellung von Signalmustern anschließbar ist
und/oder einen Signaleingang aufweist, über den mittels einer daran angeschlossenen
Eingabeeinheit Bedingungen zur Programmunterbrechung in die Überwachungs- und
Steuerschaltung des Trägerelementes (3) eingebbar sind.
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet , daß das Trägerelement (3) selbst Leitungen zur direkten
Verbindung des Prozessor-Adapters (4) mit dem Prozessor-Sockel (5) aufweist.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor-Sockel (5) über dem Prozessor-Adapter (4)
liegt.
10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (3) Versteifungselemente aufweist,
die an den Seiten des Trägerelementes (3) angeordnet sind.
11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungs- und Steuerschaltung (8) einen
Adress-Decoder (11) aufweist, der Daten von der Adresskonfiguration des auf dem
Prozessor-Sockel (5) gesteckten Prozessors empfängt und über Steuerleitungen mit
einem Kontroll- und Breakpoint-Register (13) und/oder Daten-Bestätigungsgenerator
(14) (Data Acknowledge Generator) auf dem Trägerelement (3) verbunden ist.
12. Einrichtung nach dem Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kontroll- und Breakpoint-Register über
Datenleitungen mit dem Zielsystem-Interface als auch mit einer Komparator- und
Breakpoint-Erkennungslogik sowie mit der Unterbrechungssteuerung verbunden ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungs- und Steuerschaltung (8) des
Trägerelementes (3) besteht aus:
- - einem Prozessor-Interface (15), welches mit dem Prozessor-Sockel (5) verbunden ist;
- - einem Zielsystem-Interface (16), welches mit dem Prozessor-Adapter (4) verbunden ist;
- - Datenleitungen (17, 18, 19) zwischen dem Prozessor-Interface (15) und Zielsystem- Interface (16);
- - einem Adress-Decoder (12), welcher über eine Datenleitung (20) mit einer Adresskonfiguration (21) des Mikroprozessor-Interfaces (15) verbunden ist und mittels einer Steuerleitung (23) mit einem Daten-Bestätigungsgenerator (14) verbunden ist;
- - einer Komparator- und Breakpoint-Erkennungslogik (9), welche über Datenleitungen (17, 18) zwischen dem Zielsystem-Interface (16) und dem Mikroprozessor-Interface (15) verbunden ist, mit einer Datenleitung (24) mit dem Kontroll- und Breakpoint- Register verbunden ist, über Steuerleitungen (27, 28) mit einer Unterbrechungs- Schaltung (Interruplogik) (11) verbunden ist und mittels der Steuerschaltung (10) mit dem Mikroprozessor-Interface (15) und über eine Steuerschaltung (29) mit dem Daten-Bestätigungsgenerator (14) verbunden ist;
- - das Kontroll- und Breakpoint-Register ist über Datenleitungen (33, 34) mit den Datenleitungen (25, 26) verbunden und über eine Datenleitung (30) mit der Unterbrechungsschaltung (11) verbunden;
- - die Unterbrechungsschaltung (11) ist über Datenleitungen (31, 32) mit dem Zielsystem-Interface (16) und dem Mikroprozessor-Interface (15) verbunden.
14. Verfahren zur Analyse von Rechner-Software unter Verwendung der Einrichtung nach
einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- a) Von einem Hardware-Zielsystem wird ein Mikroprozessor aus seiner Verbindung, vorzugsweise Steckverbindung, mit dem Zielsystem gelöst;
- b) der herausgelöste Prozessor wird auf den Prozessor-Sockel (5) des Trägerelementes (3) gesteckt;
- c) mittels der Überwachungs- und Steuerschaltungen (8) auf dem Trägerelement (3) wird der Ablauf von Signalmustern in dem Prozessor erfaßt;
- d) bei Vorliegen eines bestimmten Signalmusters wird der Programmablauf im Prozessor angehalten und/oder der Ablauf bestimmter Signalmuster wird in der Schaltung des Trägerelementes oder in einer darin angeschlossenen Aufzeichnungseinrichtung aufgezeichnet.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Schritte b) und c) vertauscht sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944440438 DE4440438A1 (de) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | Einrichtung und Verfahren zur Analyse von Rechnersoftware |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944440438 DE4440438A1 (de) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | Einrichtung und Verfahren zur Analyse von Rechnersoftware |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4440438A1 true DE4440438A1 (de) | 1996-05-15 |
Family
ID=6533141
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19944440438 Withdrawn DE4440438A1 (de) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | Einrichtung und Verfahren zur Analyse von Rechnersoftware |
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