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(mǎn)足了軟件開(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)時(shí)間，縮短產(chǎn)品面市時(shí)間,，減輕系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工作量。
在TD-LTE多模基帶平臺(tái)的開(kāi)發(fā)中,，既要滿(mǎn)足多種模式(TD-LTE,、TD-SCDMA和GSM)下跟蹤技術(shù)的一致性，又要滿(mǎn)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(kāi)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(kāi)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(kāi)銷(xiāo),；
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(fǎng)問(wèn),，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(kāi)發(fā)中,，本項(xiàng)目將跟蹤技術(shù)作為芯片軟件開(kāi)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(xiě)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(xiě)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(xiě)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(xiě)操作,。
每次寫(xiě)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(xiě)入緩存，該函數(shù)可以滿(mǎn)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(xiàn)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(xiàn)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(xiě)索引和一個(gè)全局讀索引來(lái)管理緩存,，其中兩個(gè)寫(xiě)索引分別為全局寫(xiě)索引和當(dāng)前寫(xiě)索引,，全局寫(xiě)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(xiě)入跟蹤信息,；而當(dāng)前寫(xiě)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(xiě)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,。
3．2 新跟蹤控制機(jī)制
新跟蹤控制機(jī)制的所有控制都由各個(gè)模塊的跟蹤源以函數(shù)宏定義的形式對(duì)跟蹤接口進(jìn)行重新封裝,，將跟蹤信息的判斷放在跟蹤接口的外部。跟蹤控制的場(chǎng)景不再進(jìn)行詳細(xì)的劃分,，考慮采用橫向和縱向兩個(gè)方面來(lái)對(duì)跟蹤進(jìn)行控制,。橫向的控制通過(guò)對(duì)跟蹤信息的重要程度來(lái)劃分，包括全開(kāi)放,、半開(kāi)放,、速率測(cè)試、用戶(hù)釋放和測(cè)試終端等方面,；縱向的控制是系統(tǒng)中各個(gè)模塊的跟蹤信息的控制,，當(dāng)開(kāi)發(fā)人員需要查看某個(gè)或某些模塊的跟蹤信息時(shí)，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的值來(lái)輸出預(yù)想模塊的跟蹤信息,。新跟蹤控制圖如圖5所示,。

4 性能對(duì)比分析
通過(guò)原始跟蹤方案與新跟蹤方案的性能測(cè)試與對(duì)比分析得出，新跟蹤方案提高了ARM執(zhí)行效率表現(xiàn)在3個(gè)方面：
①在跟蹤控制方面,，原始跟蹤方案的跟蹤控制過(guò)于細(xì)致,，跟蹤判斷過(guò)程過(guò)于復(fù)雜繁瑣，多層的switch…case嵌套判斷消耗了一些處理器的時(shí)間,；新跟蹤的控制采用跟蹤接口外部控制,，若當(dāng)前跟蹤不需要打印時(shí)，則當(dāng)前任務(wù)不會(huì)進(jìn)入跟蹤接口,，直接丟棄本條跟蹤,，這樣避免了函數(shù)上下文切換的過(guò)程，減少了任務(wù)棧的切換,，從而提高了執(zhí)行效率,。
②緩存管理方面，原始跟蹤方案采用嵌套緩存,，高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的跟蹤信息寫(xiě)入嵌套緩存中,，當(dāng)需要輸出跟蹤信息時(shí)，需要將嵌套緩存中的數(shù)據(jù)回拷到全局跟蹤信息緩存,，在回拷的過(guò)程中白白地消耗了處理器的時(shí)間,。而新跟蹤緩存中，將所有的跟蹤信息全部存儲(chǔ)到一個(gè)緩存中，直接將跟蹤信息輸出,，節(jié)省了回拷過(guò)程的時(shí)間,，從而為處理器處理其他事件提高了效率。
③新跟蹤方案在跟蹤接口內(nèi)部摒棄了svnprintf函數(shù),，直接將跟蹤數(shù)據(jù)memcpy轉(zhuǎn)移到跟蹤緩存中,。原始方案中，跟蹤數(shù)據(jù)的原始碼流通過(guò)svnprintf函數(shù)在ARM內(nèi)部進(jìn)行字符串的轉(zhuǎn)化過(guò)程,，再通過(guò)PC端的解碼軟件來(lái)解析原始碼流,，從而轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)字符串，省去了函數(shù)遍歷參數(shù)的過(guò)程(該過(guò)程消耗了ARM的執(zhí)行時(shí)間),。從變參的跟蹤接口優(yōu)化成定參跟蹤接口,，這種方式大大地提高了ARM的執(zhí)行效率。
對(duì)于兩種跟蹤方案的測(cè)試分析,，采用調(diào)用一條相同的跟蹤信息所消耗的TD-LTE中一個(gè)子幀的時(shí)間片來(lái)統(tǒng)計(jì)時(shí)間,，從而對(duì)比原始跟蹤方案與新跟蹤方案的效率提高程度。TD-LTE的一個(gè)無(wú)線(xiàn)幀長(zhǎng)為10 ms,，一個(gè)無(wú)線(xiàn)子幀又分為兩個(gè)5 ms的半幀,，每個(gè)半幀中有5個(gè)1 ms子幀，每個(gè)子幀有0x7800個(gè)時(shí)間片,。

跟蹤性能分析圖如圖6所示,，在原始跟蹤方案中調(diào)用5次跟蹤接口打印字符串”ts_00_tra01_01tdynamicTrace01”及相應(yīng)個(gè)數(shù)的變量的值，跟蹤信息消耗的時(shí)間為T(mén)_old=(0x5679-0x481C)×(1／0x7800)=0．119 7 ms,。在新跟蹤方案中，同樣調(diào)用5次新跟蹤方案,，跟蹤接口打印同樣字符串的內(nèi)容及相應(yīng)個(gè)數(shù)的變量的值,，跟蹤信息消耗的時(shí)間為T(mén)_new=(0x4809-0x4188)×(1／0x7800)=0．052 6 ms。由此可見(jiàn),，T_old的消耗時(shí)間大約是T_new的2倍,，新跟蹤方案節(jié)省了一半以上的時(shí)間，然后又多次對(duì)各種跟蹤接口進(jìn)行驗(yàn)證,、測(cè)試,、對(duì)比后，再次確認(rèn)了新跟蹤方案對(duì)ARM的執(zhí)行效率有很大的提高,。

結(jié)語(yǔ)
在多?；鶐У母櫡桨钢校捎诟櫟膫鬏斖ǖ乐挥幸粋€(gè),，不能在不同的系統(tǒng)模式下采用不同的跟蹤方案,，并且TD_LTE多模方案中不僅要求跟蹤信息的可靠性、時(shí)序性和正確性，對(duì)跟蹤方案在ARM子系統(tǒng)中的執(zhí)行效率也有所要求,，不能影響TD-LTE的高速率的業(yè)務(wù)需求,。綜上考慮，本項(xiàng)目中采用新的跟蹤方案可以滿(mǎn)足TD-LTE多?；鶐脚_(tái)下ARM子系統(tǒng)的執(zhí)行效率要求和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的速率要求,。