針對(duì)嵌入式處理器的可配置LLDB底層調(diào)試器解析

針對(duì)（且不限于）嵌入式處理器的可配置LLDB底層調(diào)試器

一般來(lái)說(shuō)，軟件開發(fā)人員或處理器開發(fā)人員有時(shí)需要檢查和調(diào)試代碼。代碼調(diào)試可以在不同層次上進(jìn)行，例如查看波形或解析打印輸出，但首選是在交互會(huì)話中檢查代碼。調(diào)試器通過(guò)接受開發(fā)人員的命令、執(zhí)行命令并顯示結(jié)果來(lái)促進(jìn)交互會(huì)話。例如，在代碼的某一行停止時(shí)顯示變量值。這次我們可以重點(diǎn)關(guān)注下 LLDB（底層調(diào)試器），它是在 LLVM 項(xiàng)目下開發(fā)的調(diào)試器。

調(diào)試器和定制

調(diào)試器通常支持多種目標(biāo)，如 x86、Arm或RISC-V。它們擁有這些目標(biāo)的嵌入式知識(shí)（也稱為 ABI），例如程序員可以看到哪些寄存器、目標(biāo)有哪些指令或內(nèi)存映射如何？然而，RISC-V 的誕生帶來(lái)了一個(gè)新的維度。RISC-V 支持并認(rèn)可自定義擴(kuò)展，這意味著處理器可能擁有更多開發(fā)人員感興趣的指令和/或寄存器，但標(biāo)準(zhǔn) RISC-V 目標(biāo)機(jī)并不知曉這些指令和/或寄存器。

對(duì)于這些問(wèn)題，Codasip給出了解決方案，這些解決方案不僅適用于 RISC-V 架構(gòu)，還適用于使用 Codasip Studio 工具描述的幾乎所有架構(gòu)（即定制處理器）。

LLDB及其架構(gòu)

LLDB是 LLVM 項(xiàng)目下的下一代調(diào)試器，可重用 LLVM 編譯器中的大量代碼，如表達(dá)式評(píng)估。它包含所有標(biāo)準(zhǔn)功能：

斷點(diǎn)、觀察點(diǎn)

程序流程控制（步入/步出/步進(jìn)、繼續(xù)、中斷）

變量

寄存器

內(nèi)存

LLDB 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精良，模塊化程度高。而模塊化的意義在于它為擴(kuò)展做好了準(zhǔn)備且可以利用插件架構(gòu)。

LLDB插件

獨(dú)立的插件可處理以下功能：

指令反匯編

在不同平臺(tái)上啟動(dòng)可執(zhí)行文件

支持各種可執(zhí)行文件和調(diào)試格式或支持的高級(jí)語(yǔ)言，如 C 或 C++

每種插件類型都有一個(gè)預(yù)定義的API，插件必須實(shí)現(xiàn)該API。除插件外，LLDB還有一個(gè)核心主體，可利用插件并保存有關(guān)支持的架構(gòu)/目標(biāo)及其特性的信息。然后目標(biāo)將插件和ABI連接起來(lái)。例如RISC-V 目標(biāo)機(jī)知道ELF 是默認(rèn)的可執(zhí)行文件格式，以及RISC-V 架構(gòu)可能是32位或64 位，有 32 個(gè)寄存器等信息。

雖然LLDB在起點(diǎn)（baseline）中是靈活的，但要最大限度地利用定制計(jì)算，就必須對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)。

Codasip如何實(shí)現(xiàn)對(duì)LLDB的增強(qiáng)？

對(duì)此我們使用插件增強(qiáng)LLDB，以添加對(duì)以下功能的支持：

作為平臺(tái)的Codasip仿真器、RTL仿真器或JTAG

在Codasip仿真器或FPGA/ASIC上運(yùn)行的進(jìn)程

可配置的ABI，且不僅僅適用于RISC-V處理器

可配置的反匯編器

CodAL語(yǔ)言（見下文）

除此以外我們還增強(qiáng)了LLDB內(nèi)核，支持雙棧架構(gòu)、哈佛架構(gòu)和16位架構(gòu)，以及其他許多大大小小的全方位改進(jìn)。

但是對(duì)于定制計(jì)算來(lái)說(shuō)還需要更進(jìn)一步。如上所述，設(shè)計(jì)人員可能會(huì)添加新指令或新寄存器。在這種情況下LLDB插件系統(tǒng)是不夠的。當(dāng)然，Codasip Studio可以為插件生成代碼，但這么操作編譯時(shí)間會(huì)非常長(zhǎng)。

當(dāng)然沒(méi)有任何一個(gè)項(xiàng)目希望看到以上的不利情況。每個(gè)人都希望在開發(fā)處理器時(shí)能在幾秒到幾分鐘的時(shí)間內(nèi)快速周轉(zhuǎn)，而不是更長(zhǎng)。

添加配置功能

因此Codasip通過(guò)增加一個(gè)新的配置級(jí)別。該配置級(jí)別允許添加（或刪除）新的寄存器、指令或內(nèi)存映射，而無(wú)需重新編譯插件。配置本身由處理器模型自動(dòng)生成，并在LLDB啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)傳遞。然后LLDB 會(huì)加載配置文件并更新加載的插件。這樣，我們就能從內(nèi)置插件和處理器定制中獲益，而且一切都在幾秒鐘內(nèi)完成。

下面的示例顯示了 LLDB 的命令行界面。

使用機(jī)器接口或Python，LLDB也可以集成到集成開發(fā)環(huán)境中。

那么處理器將如何調(diào)試？

到目前為止，我們已經(jīng)討論了軟件和 C/C++ 調(diào)試。但是處理器設(shè)計(jì)也需要調(diào)試。Codasip Studio提供的不僅僅是標(biāo)準(zhǔn)的波形調(diào)試。我們還增強(qiáng)了 LLDB對(duì)CodAL語(yǔ)言的支持。這項(xiàng)功能允許直接在CodAL中調(diào)試處理器，而無(wú)需在RTL中檢查波形。換句話說(shuō)，LLDB可以在CodAL級(jí)別完成所有標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試工作，如訪問(wèn)CodAL變量、步進(jìn)或設(shè)置斷點(diǎn)等。設(shè)計(jì)人員可以輕松地從C/C++通過(guò)匯編轉(zhuǎn)到CodAL代碼。下圖顯示了這種情況。

同時(shí)LLDB還包括其他優(yōu)秀功能。其中一個(gè)值得一提的功能是使用Python 編寫腳本。這可以無(wú)縫、順利地集成到CI/CD或其他自動(dòng)化框架中。它支持Windows、Linux或MacOS等主流平臺(tái)（Codasip Studio同時(shí)也支持所有平臺(tái)）。LLDB可以使用機(jī)器接口協(xié)議或Python集成到大多數(shù)集成開發(fā)環(huán)境（如 VS Code、Eclipse 等）中。此外，Codasip還為那些從GDB轉(zhuǎn)向LLDB的用戶提供了一個(gè)不錯(cuò)的命令圖。如果您對(duì)該話題感興趣，隨時(shí)歡迎加入LLDB社區(qū)和Codasip，探索更多LLDB功能和特性！

關(guān)于Codasip

Codasip作為領(lǐng)先的處理器解決方案供應(yīng)商，支持系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）開發(fā)人員設(shè)計(jì)出差異化的產(chǎn)品，從而獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)?？蛻艨墒褂肅odasip Studio設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具, 開放的架構(gòu)許可以及可定制的RISC-V處理器IP系列，通過(guò)定制計(jì)算，充分解鎖RISC-V的無(wú)限潛力。Codasip總部位于歐洲，同時(shí)服務(wù)于全球市場(chǎng)，目前已實(shí)現(xiàn)在數(shù)十億顆芯片中布局。

審核編輯：湯梓紅