多核时代已经来临，您准备好了吗？

TKScope为您提供全面的调试支持

1. 多核调试带来的挑战

今天您可能还未尝试过多核开发，但很快您就会涉足这一领域。近年来，电子技术、半导体技术已经取得突飞猛进的发展，多核架构也已逐渐从高端服务器走向个人PC，并且在嵌入式领域崭露头角。由于多核系统能达到单核系统同等性能，并且前者主频更低、高集成化、占用较小空间特点使得其能够提供更多的功能。越来越多的半导体厂商开始设计多核芯片，开发人员也已经尝试在其产品中应用多核系统。

2010年11月1日，恩智浦半导体（NXP）宣布推出LPC4300系列微控制器，该系列产品是全球首次采用ARM Cortex-M4和Cortex-M0双核架构的非对称数字信号控制器。

对于LPC4300系列这种片上多核系统，开发人员不得不面对多核系统所特有的“资源分配与抢占”、“并行运行”、“多核同时调试”的问题。这些问题都使得问题的查找变得复杂和不易重现。此时开发人员无法再采用传统的手段进行单一内核的调试，而是希望能够同时调试各个内核，独立地控制每个内核的运行状态，观察各内核的运行状态。

传统仿真器已经很难给用户提供完整的调试支持。并且由于LPC4300系列芯片仅提供一组外部调试接口，无法同时使用多台仿真器分别调试各内核，使得同时进行多核调试成为不可能。而TKScope则已经率先突破此种障碍，用户可同时将多个IDE连接到一台仿真器分别调试LPC4300系列的Cortex-M4和Cortex-M0内核。

图1.1  仿真器连接示意图

1.1 LPC4300系列双核调试难点

LPC4300系列数字信号控制器(DSC)是NXP发布的业界首个带有Cortex-M0协处理器的双核非对称架构DSC。该系列采用独特的非对称双核架构，内置双ARM核：Cortex-M4内核用于实时处理，Cortex-M0内核用于实时控制，两个内核均可在204MHz下运行。由于门数极少的Cortex-M0内核能分担大量的控制与I/O处理任务，减少Cortex-M4处理器的带宽占用，从而使Cortex-M4可以全力以赴地处理数字信号控制应用中的数字计算。LPC4300系列将成为各类应用的理想之选，包括嵌入式音频、高端马达控制、工业自动化、POS机、医疗器械及汽车配件等。

在芯片内部，Cortex-M4和Cortex-M0共享片上Flash、RAM和外设资源。外部引脚仅提供了一组JTAG/SWD调试接口为两个内核共享，即仅允许外接一台仿真器。传统的仿真器仅仅能支持一次调试一个内核，无法同时调试另一内核！

1.2 传统仿真器对LPC4300系列的支持

在使用传统仿真器调试LPC4300系列时，每次只能打开一个IDE环境并连接到仿真器。例如要单独仿真Cortex-M0内核，需要在仿真器的JTAG扫描链配置中根据Cortex-M0核的IDCODE选择M0核，然后保存进行调试。该项配置在某传统仿真器的配置如图1.2所示。

图1.2  某传统仿真器仿真LPC4300系列的Cortex-M0核

而如果要仿真Cortex-M4内核，必须退出调试、重新配置JTAG扫描链，根据Cortex-M4核的IDCODE选择M4核，再次进入调试状态。该项配置在某传统仿真器的配置如图1.3所示。

图1.3  某传统仿真器仿真LPC4300系列的Cortex-M4核

可以看到，使用传统仿真器进行调试最大的问题是：无法同时调试Cortex-M4和Cortex-M0内核。而实际系统运行时必定是两个内核同时运行，如果运行中出现问题，采用此种调试模式是非常难以复现和查出问题。

1.3 TKScope对LPC4300系列的支持

既然LPC4300系列外部只提供了一组JTAG/SWD调试接口，如果要实现双内核的同时调试，必须采用支持至两个IDE同时连接至一台仿真器，并且支持分别选择JTAG链上多个器件中某个内核进行仿真。TKScope支持这种双核系统调试，不仅支持单独调试LPC4300系列的Cortex-M4和Cortex-M0；也支持在两个IDE环境中同时连接同一台仿真器分别调试Cortex-M4和Cortex-M0，使得用户具有相对于使用传统仿真器时更好的调试手段。

另外，TKScope广泛支持主流IDE环境，使得用户可以在诸如TKStudio、Keil、IAR、Eclipse、RVDS等环境中进行LPC4300系列双核系统的开发。

图1.4  在Keil和TKStudio下同时调试Cortex-M4和Cortex-M0

2. TKScope仿真LPC4300系列操作指南

本小节详细介绍如何使用一台TKScope系列的AK100Pro仿真器调试LPC4350的Cortex-M4和Cortex-M0内核。注意，为方便起见，下文按小节分别介绍如何调试Cortex-M4和Cortex-M0内核。TKScope用户完全可以打开两个IDE，同时进行各内核的调试。

2.1 仿真Cortex-M4内核

2.1.1 硬件选择

打开【硬件选择】，如图2.1所示。在右上角的器件过滤窗口中输入LPC4350，系统会自动找到芯片，选择LPC4350_Cortex_M4下相应的仿真器型号AK100Pro即可。

图2.1  TKScope硬件选择

2.1.2 附加设置

在【附加设置】中，选择使用JTAG接口进行仿真，如图2.2所示。

图2.2  附加设置

2.1.3 TAP设置

点击仿真器设置界面的【TAP设置】，仿真器会自动检测出芯片的内核及其IDCODE，如图2.3所示。TKScope仿真器读出两个内核，Cortex-M4和Cortex-M0，选择Cortex-M4内核。

图2.3  TAP设置

2.1.4 程序烧写

由于LPC4350_Cortex_M4内核没有片内Flash，要将程序烧写到SST39VF1601上，需要手动添加SST39VF1601的编程算法。

打开【程序烧写】界面，如图2.4所示。点击【添加算法】按钮，添加算法文件：TKScope安装目录\configuration\SST\SST39VF160x_16BIT_x1.FLM。

图2.4  程序烧写1

添加SST39VF160x_16BIT_x1.FLM算法文件后，要修改编程算法的起始地址，不同目标板上的NorFlash起始地址不完全相同。本文使用的开发板上SST39VF1601器件挂接在EMC的Bank0处，即器件的起始地址为0x1C000000。相应的配置如图2.5所示。

图2.5  程序烧写2

2.1.5 初始化宏配置

在添加完算法文件事，需要添加外部初始化宏文件，该文件初始化打开EMC总线，为Flash烧写创造必要的环境。点击   按钮，打开【初始化宏】配置界面，添加文件：..\TKScope安装目录\configuration\NXP\LPC4300_ExtFlash_0.ini。

图2.6  Cortex-M4初始化宏配置1

由于当前是在片外Flash中调试，而实际的硬件电路可能未配置LPC4300系列的Cortex-M4内核从片外Flash启动。所以需要设置进入调试状态后的复位矢量，以告知仿真器主动调整正确的PC值和SP值；同时需要设置内核的VTOR寄存器(地址：0xE000ED08)，以重映射中断向量表。具体中断向量表的位置取值取决于实际的工程配置，当前工程配置的地址为0x1C000000起始处。配置如图2.7所示。

图2.7  Cortex-M4初始化宏配置2

2.1.6 硬件自检

最后执行【硬件自检】，检查仿真器与硬件电路是否正常连接。如果确信硬件连接正常，则此步可跳过。TKScope仿真器在硬件自检的时候，会根据用户选择的芯片的RAM区域进行检查；当目标板上有外扩RAM时，TKScope也可以检查该RAM是否正常工作。

图2.8  硬件自检

2.1.7 仿真调试

在完成前面的配置后，即可在IDE环境下仿真和调试。在Keil环境下的仿真效果界面如图2.9所示。

图2.9  Cortex-M4内核调试效果

2.2 仿真Cortex-M0内核

2.2.1 硬件选择

打开【硬件选择】，如图2.10所示。在右上角的器件过滤窗口中输入LPC4350，左边系统会自动找到该芯片型号，选择LPC4350_Cortex_M0下相应的仿真器型号AK100Pro。

图2.10  硬件选择

2.2.2 附加设置

在【附加设置】中，选择使用JTAG接口进行仿真，如图2.11所示。

图2.11  附加设置

2.2.3 TAP设置

点击仿真器设置界面的【TAP设置】，仿真器会自动检测出芯片的内核及其IDCODE，如图2.3所示。TKScope仿真器读出两个内核，Cortex-M4和Cortex-M0，选择Cortex-M0内核。

图2.12  TAP设置

2.2.4  初始化宏配置

由于是在RAM中调试，因而可跳过【程序烧写】配置而直接进入【初始化宏】配置。在初始化宏配置中需进行复位矢量的配置，以告知仿真器主动调整正确的PC值和SP值；同时需要设置内核的VTOR寄存器(地址：0xE000ED08)，以重映射中断向量表。配置如图2.13所示。具体中断向量表的位置取值取决于实际的工程配置，当前工程配置的地址为0x10080000起始处。

图2.13  Cortex-M0初始化宏配置

2.2.5 硬件自检

最后执行【硬件自检】，检查仿真器与硬件电路是否正常连接。如果确信硬件连接正常，则此步可跳过。TKScope仿真器在硬件自检的时候，会根据用户选择的芯片的RAM区域进行检查；当目标板上有外扩RAM时，TKScope也可以检查该RAM是否正常工作。

图2.14  硬件自检

2.2.6 仿真调试

在完成前面的配置后，即可在IDE环境下仿真和调试。在TKStudio环境下的仿真效果界面如图2.15所示。

图2.15  Cortex-M0内核调试效果

3. 总结

多核系统的引入给调试带来了不小的挑战，开发人员已经很难再使用传统的仿真器辅助调试，必须慎重地考虑并选择合适的工具。即便是现在您还未调试LPC4300这种多核系统，也需要从长远的角度出发选择合适的工具，以避免后期额外购买此类工具的成本。作为专业的仿真器品牌，TKScope不仅及时地支持新内核、新芯片种类；而且也一如既往的关注用户需求，为多核调试提供着全面的支持。TKScope仿真器后续会不断地创新和发展，保持与嵌入式处理器同步发展和进步，敬请关注。

关于TKScope对Cortex-M4内核的具体支持，请见这篇文章TKScope仿真器新增对Cortex-M4内核的支持。

原文请见：TKScope多核调试LPC4300系列操作指南