【ARM Coresight 系列文章 9.1 -- ITM 仪器化跟踪宏单元详细介绍】

news2024/9/23 9:35:21

文章目录

- 1.1 ITM 介绍
- - 1.1.1 ITM 功能介绍
  - 1.1.2 Cortex-M ITM 的地址范围
- 1.2 ITM 使用
- - 1.2.1 ITM 寄存器介绍
  - 1.2.2 Cortex-M7 ITM 代码示例
  - 1.2.3 Cortex-M33 ITM 代码示例

1.1 ITM 介绍

在debug 调试阶段通常都是使用 printf(printk) 来进行进行 log 输出，然后定位问题。那么如果SoC 中没有集成uart 或者集成uart 不能使用了，那么软降如何将 log 输出出来呢？这个时候就可以通过 ARM coresight 中带的 ITM (仪器化跟踪宏单元) 模块了，它可比UART专业多了——速度快而且能提供多条信道。通过把数据写到 ITM 的寄存器中，调试器能够通过跟踪接口来收集这些数据，并且显示或者处理它。此法不但容易使用，而且比 JTAG 的输出速度更快。

ITM 主要用于 Cortex-M 系列，如 Cortex-M3/M7/M33 等，当然 Cortex-A 系列中也有类似 ITM 组件的组件，它就是 STM，STM的功能比 ITM 更强大，详细内容见 STM 的系列文章：
ARM Coresight 系列文章 10 - ARM Coresight STM 介绍及使用
ARM Coresight 系列文章 10.1 - ARM Coresight STM 介绍及使用
ARM Coresight 系列文章 10.2 - ARM Coresight STM Trace packets
ARM Coresight 系列文章 10.3 - ARM Coresight STM 寄存器介绍及STM DMA 传输介绍

1.1.1 ITM 功能介绍

ITM 有如下的功能：

软件可以直接把控制台消息写到 ITM stimulus 端口，从而把它们输出成跟踪数据；
DWT 可以产生跟踪数据包，并通过 ITM 把它们输出；
ITM 可以产生时间戳数据包并插入到跟踪数据流中，用于帮助调试器求出各事件的发生时间。

因为 ITM 要使用跟踪端口来输出数据，所以芯片上必须有 TPIU 单元，否则无法输出——在使用 ITM 前要确认此事。

以 Cortex-M3为例，处理器里面除了处理核心外，还有了其它组件，其中就包含ITM模块，如下图：
在这里插入图片描述
总线对 ITM 的访问：
还是以Cortex-M3为例，它私有外设总线有两条：AHB 私有外设总线和 APB 私有外设总线，其中 AHB 只用于 Coretex-M3 内部的 AHB 外设，如上图黑粗线连接所示，它们是： NVIC, FPB, DWT 和 ITM。

软件可以控制该模块通过高级跟踪总线（ATB）把来自ITM 的跟踪数据输出到TPIU（类似 printf 风格的调试）；还可以让 DWT 匹配命中事件通过 ITM 产生数据跟踪包，并把它输出到一个跟踪数据流中。

1.1.2 Cortex-M ITM 的地址范围

cortex-m	地址范围	用户级许可权限
Cortex-M3 ITM	E000_0000 – E000_0FFF	可以读。对于写操作，除了用户级下允许时的 stimulus 端口外，全部忽略
Cortex-M7 ITM	E000_0000 – E000_0FFF
Cortex-M33 ITM	E000_0000 – E000_0FFF

1.2 ITM 使用

使用 ITM 之前需要注意以下几点：

必须把 DEMCR.TRCENA 位置位，跟踪系统使能位，在使用 DWT, ETM, ITM 和 TPIU 前，必须先设置此位否则 ITM 处于除能状态，无法使用。
在 ITM 寄存器中还有一个锁。在编程 ITM 之前，必须写入一个访问钥匙值 0xC5AC_CE55（CoreSight 的 ACCESS）到这个解锁寄存器 ITM_LAR 中，M33 中已经去掉这个寄存器了。否则，所有对 ITM 寄存器的写操作都被忽略。
ITM 自己也是另一个控制寄存器（可能是说控制寄存器的名字也是“ITM”吧），用于控制对各功能的独立使能。控制寄存器中含了 ATID 位段，作为 ITM 在 ATB 中的 ID 值。这个 ID 必须是唯一的——每个跟踪源都必须有唯一的 ID 值，从而使调试主机能从接收到的跟踪数据包中分离出各跟踪源的数据。

DEMCR 是NVIC 调试异常及监视器控制寄存器

1.2.1 ITM 寄存器介绍

以 Cortex-M33 ITM 为例:
在这里插入图片描述

1.2.2 Cortex-M7 ITM 代码示例

当时在对ITM测试的时候使用 ITM port0，所以下面测试代码也是使用 ITM 的port 口输出 log，代码如下，测试时直接调用函数 swo_test_itm 即可。

#include <rtthread.h>

/* Memory mapping of Core Hardware */
#define ITM_BASE            (0xE0000000UL)                            /*!< ITM Base Address */
#define DWT_BASE            (0xE0001000UL)                            /*!< DWT Base Address */
#define CoreDebug_BASE      (0xE000EDF0UL)                            /*!< Core Debug Base Address */

#define I