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September 2016
IAR Systems K.K.
FAE Team
EWARMを用いたCortex-M
デバッグテクニック
本ドキュメントについて
2
目的
Cortex-Mシリーズには優れたデバッグ機能が搭載されている。各機能を理解し、ARM用統合開発環境、ARM用IAR Embedded Workbench（EWARM）を用いて、効率的なデバッグテクニックを習得する。
内容
ARM Cortex-MのCoreSight
Cortex-Mの基本的なデバッグ機能
Cortex-M3/4、M7のSWOトレース機能
Cortex-M3/4、M7のETMトレース機能
※コネクタ詳細は、「STM32デバッグのためのICE・コネクタガイド」を参照
※本ドキュメントは、2015年4月現在のIARシステムズWebサイト、ST社Webサイト、およびEWARMバージョン7.40.2を元に作成しています。
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Stability and growth
IAR SYSTEMS— A LEADING GLOBAL VENDOR
ARM Cortex-MのCoreSight
Cortex-MのCoreSightテクノロジ
Cortex-Mマイコンには、様々なデバッグ機能とインタフェースが搭載
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DWT
FPB
ITM
ETM
DAP 4 watchpoints
PC sampler
ETM trigger
interrupt trace
CPU statistics
6 breakpoints
software trace
32 channels
time stamping
instruction trace
live
core access
JTAG
SWD/SWO
trace port
Cortex-MのCoreSightテクノロジ
名称 接続 ICE 基本機能 特徴
JTAG
I-jet I-jet Trace ST-LINK
○ ・ディジーチェーン可能 ・(低速)printfデバッグ
SWD
I-jet I-jet Trace ST-LINK
○ ・必要PIN数：最小(2本) ・(低速)printfデバッグ ・SWVトレースが可能 Cortex-MではSWDが主流
TMS TCK TDO TDI
nRESET
SWDIO SWDCLK SWO - nRESET
TMS TCK TDO TDI
nRESET
SWDIO SWDCLK SWO - nRESET
デバッグ 制御
名称 接続 ICE 方式 特徴
SWV
I-jet I-jet Trace ST-LINK
サンプリング ・パソコンにリアルタイム転送 ・(高速)prinfデバッグ ・ピン数：1 ・データ欠落可能性→大 ・様々なデータ出力
ETM
I-jet Trace
分岐トレース （実行）
・ICEのメモリに保存→ブレーク時にパソコンに転送 ・対応しているかはCPU依存 ・データ欠落可能性→小 ※データ線の本数に依存する
TMS TCK TDO TDI
nRESET
SWDIO SWDCLK SWO - nRESET
CLK D0 D1 D2 D3
トレース 機能
1,2,4本 から選択
M0,M3/4,M7
M0,M3/4,M7
M3/4,M7
M3/4,M7
(注意点)実装により機能が外されることがあります。
Cortex-Mのデバッグピンは、デバッグ制御用とトレース用がある
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JTAG/SWD接続で実現する基本デバッグ
JTAG/SWD接続で実現する基本デバッグ
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CoreSightテクノロジを活用し、様々なデバッグが実現可能
• 実行制御 • 停止 • 実行 • ステップ実行
• ブレークポイント
• コードブレークポイント • データブレークポイント • ベクタキャッチ
• 表示
• 変数 • メモリ • レジスタ
接続方式はソフト的に切り替え可能
基本デバッグ：実行制御
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デバッグ画面のアイコンあるいは、メニュー、ショートカットで制御
実行
ステップアウト
ステップイン
ステップオーバ
ブレーク
リセット
次のステートメント
カーソルまで実行
デバッグの終了
基本デバッグ：ブレークポイント
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ブレークポイントはコアにより、対応する数が異なる。
ハードウェア ブレークポイント
ソフトウェア ブレークポイント
データ ブレーク
Cortex-M0/M0+ 4 ∞ 2
Cortex-M3/M4 6 ∞ 4
Cortex-M7 8 ∞ 4
Flashメモリに対しコードブレークを設定
RAMメモリに対し コードブレークを設定
静的変数のアドレスアクセスに対し、ブレークを設定
クリックで設置 もう一度クリックで解除
基本デバッグ：ブレークポイント
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データブレークポイントで、データ異常を検知
静的変数を右クリックし、データブレークポイントを 設定。
変数へのアクセスでブレーク
表示＞ブレークポイントで 右クリック＞編集 リード、ライトアクセス指定可能
基本デバッグ：ブレークポイント
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ICEによっては、ベクタテーブルにブレークポイントを設置できる
リセットイベント発生
新機能：フラッシュブレークポイント
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EWARM7.60から、フラッシュメモリに配置するブレークポイントを 無制限に拡張する機能が追加 ※I-jetのみ
該当行で右クリックして、 ブレークポイントの切り替え(Flash)
リリースノートの デバイスサポートで対応を確認
基本デバッグ：表示機能
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基本的な変数ウォッチ以外にも多くの表示機能を使用可能
ウィンドウ 更新タイミング 観測対象の選択
観測可能なもの
オート C-SPY停止時 自動 実行近くの文や式にある変数や式
ローカル C-SPY停止時 自動 現在の関数のローカル変数および引数
静的 C-SPY停止時 自動 静的変数 ただし、volatile変数は除く
ウォッチ C-SPY停止時 人手 C-SPY式や変数値をモニタ可能。配列/構造体/共用体は展開可能。
シンボル C-SPY停止時 自動 静的な位置情報を持つ変数、関数などすべて表示
メモリ C-SPY停止時or 今すぐ更新orライブ更新
自動 メモリ上の値
スタック C-SPY停止時 自動 スタック
レジスタ C-SPY停止時 自動 CPUレジスタ/周辺レジスタ
クイック 再評価ボタンor 式の入力
人手 C-SPYマクロ、関数、C-SPY式や変数や式などを評価可能。
ライブ 実行時（サンプリング*1)
人手 特定のアドレスに配置された変数（ローカル変数のようにスタック上の変数は観測不可）
基本デバッグ：表示機能
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ライブウォッチやメモリは、実行を停めずに更新可能
ツール＞オプション デバッガ から更新間隔を設定 ※デフォルト 1000m秒
変数値を実行しながら観測可能
メモリ画面でも ライブ機能が利用可能
基本デバッグ：表示機能
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レジスタからサイクルカウンタの確認可能 →ニ点間処理速度計測
CYCLECOUNTER 64bitの起動からのサイクル数 ※書き込み可能 CCTIMER1 / CCTIMER2 CYCLECOUNTERのソフト拡張 任意に書き込み可能 CCSTEP 前回表示（ブレーク）時からの 経過サイクル数。
表示＞レジスタ＞CPUレジスタ
2,742,812,247 + 126 = 2,742,812,373
前回CYCLECOUNTER CCSTEP 現在CYCLECOUNTER
Cortex-M3/4、M7のSWOトレース機能
SWD＋SWOを使用して、トレース実現
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SWD経由で機能を有効にすることで、SWOから様々なデータを取得可能 ※M3/M4,M7のみ対応
• SWOトレース
• 割込みログ
• データログ
• イベントログ • 高速printf
JTAG接続では、SWOピンを他の用途で使用するため、SWOは使えない
SWOトレース
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定期的にプログラムカウンタを取得し、簡易トレース実現
[ICE] > SWOトレース
数百から数千サイクルに一度プログラムカウンタを取得 ※CPUオーバヘッドなし
サイクルカウンタ
実行アドレス
実行命令
割込みログ
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各種割込みの、開始、終了を自動的にログ収集
発生時間 割込み名 In / Out
[ICE] > 割込みログ
終了するまでの 処理時間
※CPUオーバヘッドなし
データログ
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指定した静的変数(M3/M4は最大4つ)へのアクセスログを生成
発生時間 実行アドレス データの値 変数のアドレス
[ICE] > データログ
表示 > ブレークポイントから 右クリック＞編集 で設定可能
※CPUオーバヘッドなし
イベントログ (1/2)
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専用コードを記述することで、コードの実行履歴を取得可能
arm_itm.hをインクルード
一つ目の引数：チャンネル（1-4） 二つ目の引数：任意の値（変数も可）
20-40サイクル程度のCPUオーバヘッド
イベントログ (2/2)
23
専用コードを記述することで、コードの実行履歴を取得可能
発生時間 実行アドレス データの値
チャンネル１のデータの値
チャンネル2のデータの値
高速printf (1/2)
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SWOのITMポート0を使って、printf出力可能
stdio.hをinclude
stdoutをSWO経由に指定
インタフェースはSWD固定になる
※printf自体のオーバヘッドは大きい
高速printf (2/2)
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SWOのITMポート0を使って、printf出力可能
表示＞ターミナルI/Oを開いて実行
stdoutをセミホスティング経由に指定するとJTAG/SWDでprintf出力
JTAGも選択可能
Cortex-M3/4のETMトレース機能
Cortex-M3/4のETMトレース機能
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JTAG/SWDとは別に、専用TRACEポートから実行履歴データを取得 ※取得データを元に解析・表示
• ETMトレース
• 関数トレース
• 関数プロファイラ
• コードカバレッジ
MCUからの出力
ETMトレース設定
Cortex-M3/4のETMトレース機能
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ETMトレース対応ICE(I-jet Traceなど)の内蔵メモリに トレースデータを蓄積し、デバッグ停止時にPCに転送
ICE内蔵メモリに トレースデータを蓄積
トレースデータ
ETMトレース
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実行の開始から停止までのトレースデータを取得
アドレス 命令 命令モード （Thumb固定）
有効化
関数トレース
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ETMトレースの結果を、関数In/Outで解析表示
関数の開始 アドレス
関数の実行 命令モード （Thumb固定）
有効化
関数プロファイラ
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関数ごとの呼び出し回数および、コードの実行時間を表示
関数名
関数の呼び出し回数
関数自体の 実行時間
全トレース データ内の割合
全トレース データ内の割合
関数から呼ぶ内部関数も含めた実行時間
有効化
コードカバレッジ
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アプリケーション内の各関数のコード実行率を表示
赤：0%実行
緑：100%実行
クリックで展開
有効化
まとめ
まとめ
34
Cortex-Mベースのデバイスには、強力なデバッグモジュールが搭載されている。
CPU停止時の表示系には、解析につながる様々なウィンドウが用意されている。
SWOトレースを応用することで、リアルタイム系の解析が可能となる。
クリティカルなトラブルや、統計にはETMトレースが有効な解決手段となる。
本資料について
本資料取り扱い上の注意
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商標について
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