（原创）单芯片 MCU 实现的基于网络的 ARM 仿真器

mcu.runner · 发表于 2010-7-7 21:23:29

介绍

大约 5 年前，由于项目需要，我们公司进过几个 BDI2000 做 ARM 开发。这种基于网络的仿真器不但可以在Windows操作系统上使用，还可以用在 Linux 等非 Windows 平台上，使用起来非常的方便。但是，这种仿真器价格很昂贵，不是普通电子爱好者和工程师所能接受的（这类产品大多使用了 Linux 和 FPGA，所以成本高的惊人）。

我们觉得拥有一台价格低廉功能实用，而且可以在Linux上使用的仿真器也是大家共同的愿望。所以我们耗时4年开发了基于网络的 ARM 仿真器：NetICE。由于使用了特别设计的嵌入式实时操作系统，并且完成了DMA直接驱动JTAG时序的算法，我们成功的在单芯片MCU上实现了基于网络的 ARM 仿真器。

NetICE 内部 (原文件名:裸板.JPG)

正在使用的 NetICE (原文件名:外观图.JPG)

基本功能：

- 支持 ARM7TDMI, ARM7TDMI-S, ARM920T, ARM926EJ-S, ARM966E-S 和 CortexM
- 支持 JTAG 和 SWD 两种调试协议 (只有CortexM可以使用 SWD )
- 支持任何带网络功能的操作系统：Linux, BSD, Solaris, MacOS, Windows, etc.
- 内建 Angel RDP Agent，支持 ADS 1.2 集成开发环境
- 内建 GDB Server, 支持 GDB 和 IAR 调试
- 内建 telnet 服务器，telnet 控制台支持行编辑和输入历史功能
- 支持 tftp 下载和上传
- 支持动态载入 flash 编程驱动。支持的 flash 包括各种 ARM SoC 的片上 flash，片外 flash，NOR flash, NAND flash等。这些编程驱动的源代码全部开源。

使用说明书:
ourdev_566488FP2FV5.pdf(文件大小:821K) (原文件名:NetICE-UserGuide.pdf)

下面是我们作的一些速度测试

测试数据 (原文件名:benchmark.PNG)

应用截图及视频：

telnet 控制台 (原文件名:linux演示.JPG)

播放地址: http://v.youku.com/v_show/id_XMTg3NzY0Nzc2.html

ARM GDB 调试演示 (原文件名:GDB演示.JPG)

播放地址： http://v.youku.com/v_show/id_XMTg3NzY2NzIw.html

初期 release 的产品完全是手工焊接（我们焊功不好），模具是用公模自己改的。SWD调试时不支持3.3V到5V的电平转换。到目前为止，我们已经试用快一年了，产品基本稳定下来，可以提供给大家品鉴，请大家多多指教。

这批只做了 10 个（一个自用），感兴趣的朋友请到我们的淘宝店看看吧：

http://shop62029081.taobao.com/

taoist · 发表于 2010-7-7 22:12:37

看了标题，吓了我一大跳，老兄，真能吹!!!
本来以为你会公布源代码，或者原理图PCB图之类的，没想到只有一个淘宝链接，既然不是技术帖，那么有必要大家从技术上讨论一下，避免成为广告帖!!!

1) license问题
使用了GPL的软件，你应该怎么做，不用我来提醒你吧？

2) 数据吞吐量问题
基于AT91SAM7X，48M的速度，我就不信你速度能超过J-Link pro

3) NAT穿透问题
如果不支持NAT穿透，那只能在局域网内使用

4) 电源问题
不支持PoE，又没有电源口，那用网络时同时得接USB接口供电，累赘

5) 兼容问题
“这一版 NetICE 支持现在最常用的一些 ARM 芯片，它不提供固件更新的功能。所以，敬请用户看清它所支持的 ARM 芯片类型。
对于 ARM11, Cortex-A8, Cortex-A9 及 XScale，敬请关注我们后继推出的产品。”
换句话说，除了ARM7, 9, cortex-M外，表想了

6) 性价比问题
328买块AT91SAM7x的开发板，价格差不多了，但如果买开发板，一定会提供一堆一堆的例程，但买了这个。。。想不出来有啥用。。。不如用J-Link

7) 唬人问题
LZ一上来搬出来一大堆BDI2000/3000的，以为会跟BDI比比呢，仔细一看，差远了。表拿这种牛器出来，软件支持差远了。。。
一个例子，如何调试Davinci的ARM9core？有试过吗？支持吗？

again · 发表于 2010-7-7 22:23:05

拒绝广告！
用JLINK的飘过

ljt8015 · 发表于 2010-7-7 22:44:20

mark!~

lwy86 · 发表于 2010-7-7 23:06:22

回复【1楼】taoist
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精辟

mcu.runner · 发表于 2010-7-7 23:43:24

to 1楼：

就阁下提出的疑问，我的回复是这样的：

1、系统的 RTOS 是从 2002 年开始开发的,是原创的。用在这个地方的是一个精简版，只支持基本的同步原语，8个task，8级优先级，另外还有一个背景任务（第9个task，优先级最低）。网络协议栈用的是 lwIP ，license 是 BSD license (而非GPL)。另外，除此以外的所有代码均是业余时间开发的。您可能会提到C库，这个也是自己写的，没用的函数都没实现。

2、数据吞吐量的问题，我在上面已有实验列表。这些数据是在家里的机器上实测的(Fedora 12，P4 Core 2 2.4G)。另外，我没有用过jlink-pro，所以没有做过比对。按道理说，它的应该比我的要快。另外，我在列表里写的是kbps，也即： K bit/s，不是 Jlink 的 KBps，还请大家注意。

3、NAT 穿透没有试过，因为设计之初就没有想过要支持这个特性。

4、PoE 支持在于 PHY 要支持，和软件没关系。另外，如果支持 PoE，那么网线另一端（交换机或者PC）都得支持PoE，否则也不能供电。这在实际应用中局限性很大。

5、现在支持的 ARM7, ARM9 和 Cortex-M3, Cortex-M0 芯片都是自己买板子一点点儿调出来的。ARM11, Cortex-A8, Cortex-A9 和 Xscale 的开发板太贵了，一次就投入那么多时间和资金，实在是有些为难。不过，如果大家支持，我们还是可以继续做下去的。

6、这个“盒子”现在卖 328 块。一方面，我们需要收回部分成本；另一方面，如果免费赠送，可能它不太能到真正需要它的人的手里，我们希望拿到它的人能对这件小工具认真一些。同时，我们也希望通过这几个样品能得到大家的反馈，把它做得更好一些。

7、我们的 NetICE 支持 JTAG 链多节点调试。您说的那个 Omap 的芯片里的 DSP 核和 ARM926 核如果是按标准的 JTAG 链多节点链接方式连接，我们的 NetICE 应该是支持里面的 ARM926 核的。我们实际在 STR912 上试过的，里面的 JTAG 链上有 3 个节点。

现在，在这边冒个泡，也是想凑个热闹。希望和大家一起分享自己几年来业余时间里做的一个小工具。淘宝上的店也是为了便于和大家互通有无，只能在业余时间打理，我们不是什么专业公司，就是一民间兴趣小组而已。有什么不妥的地方，还请大家指正。

taoist · 发表于 2010-7-8 00:09:50

呵呵，这才有了技术讨论的氛围了

1）总结一下，不管怎么说，就是死活不开源咯，换句话说，LZ的帖子就是纯广告帖咯。。。

2）很想听听你的道理，为什么说道理上比不过J-Link pro，多好的卖点啊。。。

3）总结一下，只能在局域网内使用

4）回避我的问题，我是说用网络口还得接USB供电，累赘

5）要别人支持，也得支持别人呀，别人出了银子，就买现在的这些功能，贵，不如当开发板卖吧。。。

6）请问真正需要它的人是哪些人呢？换句话说，产品的定位在哪里？

7）Davinci是Davinci，OMAP是OMAP，这2个是不一样的产品系列，但一样的是都是icepick结构，是有条件地jtag链多节点链接方式连接。没有试过请不要用“应该”一词。
如果你用过BDI2000/3000，去看看人家的cfg文件吧
在技术上，窥一斑而见全豹是不可取的。。。。

你的冒泡如果只是想发广告卖东西，那么发错地方了。
分享你的工具要拿出诚意来，贡献原理图啊，PCB图啊，源代码啊。。。

kvcs · 发表于 2010-7-8 08:38:27

能支持KEIL MDK调试的话就不错。

cctnt · 发表于 2010-7-8 09:08:18

jlink有RDI与GDB Server可用，不知道谁有经验来说一说。

mcu.runner · 发表于 2010-7-14 22:20:35

在Windows下使用Jlink，先使用J-Link RDI Config配置目标板，包括：使用初始化宏文件和配置flash设备等，然后启动J-Link GDB Server。

在Linux下使用Jlink，要先是安装Windows虚拟机，再安装Jlink的应用文件（当然，也有在Windows下用虚拟机跑Linux的情况，反正是要装虚拟机的）；或者用另一台Windows机器来接Jlink。接下来的步骤和Windows下使用是一样的。

在Windows下使用 NetICE，用telnet登录NetICE运行init命令就行了。init命令下载初始化配置文件完成对目标板的初始化，并加载flash烧写驱动程序。

在Linux下使用NetICE，和在Windows下使用没有任何区别。

NetICE 不需要安装任何设备驱动程序，也不需要任何DLL文件。这使它可以非常方便的在任何操作系统上方便的使用，不需要担心操作系统的类型和版本问题。它的初始化配置文件的语法简单（和Jlink的初始化宏文件类似），用户可以非常方便地利用Jlink的初始化宏文件来编写NetICE的初始化配置文件。

lryylryy · 发表于 2010-7-15 13:04:41

这个东西不错嘛, 虽然不开源, 但是h-jtag照样没开源啊, jlink完全是反向工程搞出来的.
楼主的工程经验丰富啊.

mcu.runner · 发表于 2010-7-15 21:14:42

我一般是埋头苦干，很少上论坛的。借这个机会，认识一下各位了。

eworker · 发表于 2010-7-15 22:32:25

回复【11楼】mcu.runner
我一般是埋头苦干，很少上论坛的。借这个机会，认识一下各位了。
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比唐骏好很多！

aureole · 发表于 2010-7-16 01:18:51

支持楼主。开源不开源自己说了算，哈哈。这个就不要强求啦

wangguanfu · 发表于 2010-7-16 01:56:22

半夜发贴,建议适度开源,不要太开,否则.....

mcu.runner · 发表于 2010-7-16 20:59:32

多谢大家的支持，下面晒 NetICE 系统框图！

系统框图 (原文件名:NetICE-diagram.gif)

wqm521216 · 发表于 2010-7-17 08:48:11

支持楼主！

youki1234 · 发表于 2010-7-17 12:28:32

看看

mcu.runner · 发表于 2010-7-21 21:58:50

这几天比较忙，没顾得上发帖。下面介绍一下 NetICE 的 Flash 编程原理。

NetICE 的 Workspace Engine 用于支持 Flash 烧写。驱动程序是动态下载到目标板的 RAM 中（只需要载入一次）。NetICE 把一个大的数据块分割成若干小块，然后再把这些小数据块一个个写入目标板的 RAM 中。NetICE 每下载一个子块就运行一次驱动程序。驱动程序由目标板上的 CPU 运行，完成相应的烧写动作。

读操作和写操作类似。但是，对于 norflash 而言，读操作和普通Memory读是一样的。附件文件是 QQ2440 的 nandflash 驱动的源码，感兴趣的朋友可以下载下来看看。编译工具是 arm-elf-gcc，已经包含了makefile 文件，如果你的gcc不是 arm-elf-gcc，也没有关系，只需要把 makefile 的第一行略作修改即可。

友善之臂 QQ2440V3 的 nandflash 驱动ourdev_569809.rar(文件大小:4K) (原文件名:2440nand512.rar)

Flash 写操作 (原文件名:FlashWrite-Diagram.gif)

Flash 读操作 (原文件名:FlashRead-Diagram.gif)

mcu.runner · 发表于 2010-7-22 20:44:29

今天把 NetICE 支持的 flash 烧写驱动源代码给整理了一下贴上来。

Flash 烧写驱动程序源代码ourdev_570005.rar(文件大小:39K) (原文件名:flash-drv-src.rar)

其中，

初始化文件：

AT91SAM7XEK
AT91SAM9260EK
AT91SAM9261S
LM3S
LM3SSWD
LPC11xx
LPC13xx （未测试）
LPC17xx
LPC2103
LPC2368
QQ2440
S3C44B0
STM32
STM32SWD
STR9
STR9JTAG

flash 烧写程序

SLC-NAND 2KB 模板
SLC-NAND 512B 模板

QQ2440 SLC-NAND 2KB
QQ2440 SLC-NAND 512B （在 QQ2440 上测过）
9260 SLC-NAND 2KB （在 9260EK 上测过）
9260 SLC-NAND 512B
9261 SLC-NAND 2KB （在 9261EK-核心板上测过）
9261 SLC-NAND 512B

AT91SAM7S （在 AT91SAM7X256 上测过）
STR9CUI （在 STR912 上测过）
STM32 （在 STM32F103C8 上测过）
LM3S （在 LM3S102 上测过）
LPC2xxx （在 LPC2103 和 LPC2368 上测过）
  LPC2103 LPC2131 LPC2141 LPC2132 LPC2142 LPC2134 LPC2144 LPC2364 LPC2136
  LPC2146 LPC2365 LPC2366 LPC2138 LPC2148 LPC2367 LPC2377 LPC2378 LPC2387
  LPC2388 LPC2458 LPC2468 LPC2478
LPC1xxx （在 LPC1114/301 和 LPC1766 上测过）
  LPC1111 LPC1311 LPC1112 LPC1113/201 LPC1113/301 LPC1114/201 LPC1114/301
  LPC1342 LPC1313 LPC1343 LPC1751 LPC1752 LPC1754 LPC1764 LPC1756
  LPC1765 LPC1766 LPC1758 LPC1759 LPC1767 LPC1768 LPC1769

未测试的，但是有源代码了

ADuC70xx
SST39xF-16
SST39xF-8
STR7
LPC2101
LPC2104_5_6
  LPC2104 LPC2105 LPC2106

skjweoqi · 发表于 2010-7-26 21:28:52

不错，顶|！

chengyingavr · 发表于 2010-7-27 06:47:32

印象中，使用Ethernet的JTAG工具，速度应该要快不少的，这个的速度应该还有优化空间。
如果是原创的东西的话，还是要支持一下的，本身国内的ARM调试工具，已经就没有什么原创的东西了。

当然，这些东西，国内也确实没有必要原创
和D版的JLink比，都不会有什么优势的

> - 内建 Angel RDP Agent，支持 ADS 1.2 集成开发环境
这个协议是公开的吗？

mcu.runner · 发表于 2010-7-27 08:07:19

回复【21楼】chengyingavr
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协议是公开的，可以查阅 ARM 提供的文档。按下面的办法即可查到。

www.arm.com

SUPPORT->Resources->Documentation

ARM Developer Suite
Angel Debug Monitor
Angel Debug Protocol
Angel Debug Protocol Messages

chengyingavr · 发表于 2010-7-27 14:21:18

吼吼，谢谢，偶看看
这个协议可以在IAR下使用吗？
偶也试试看弄个这个协议支持

mcu.runner · 发表于 2010-7-27 14:47:14

NetICE 的 Angel 协议在 IAR 下使用有些问题，但是在 ADS 1.2 下可以用。

另外，Angel 不支持 Cortex-M 系列，是一种比较老的调试协议。

chengyingavr · 发表于 2010-7-27 16:57:58

只支持ADS的话，估计就对这个协议没什么兴趣了，ADS只有以前玩MTK的时候，才用过。
关于调试器，以后还是可以多交流一下的。
以后等偶有时间的话，可以给这个工具移植偶的协议玩玩。

mcu.runner · 发表于 2010-7-27 22:11:58

偶也是为了让 NetICE 支持 ADS，才去研究 Angel 的。

这版 NetICE 使用的是 AT91SAM7X256 来做的。系统工作频率是 72MHz, 但是，Flash ROM 的速度有限制，所以读等待周期选的是 2，也就是说这是一个 36MHz 的 ARM7 芯片。网络虽然是 100/10M 的，但是，ARM7 还得处理 TCP/IP 协议栈和生成 JTAG 数据序列来做 SPI DMA 操作，“羊毛出在羊身上”，所以速度到现在这个量级。

可能优化的地方是提高“生成 JTAG 数据序列算法”和“SPI DMA 操作”的并行度。但是，油水不会太多。

当然，欢迎大家多提意见啦。。。。。。

chengyingavr · 发表于 2010-7-27 23:50:17

油水到处都有，既然知道JTAG的最高性能是用SPI+DMA方式实现，那么JTAG上的性能提升空间就已经不大了，估计要重启他地方考虑了。

这里举个例子吧：比如你这里STM32_JTAG的Flash下载速度是100kb/s，我这里测试到的速度是128K的STM32，使用内部8M时钟，JTAG下载Flash最高速度是32KB/s（Ubuntu下测试得到，Windows下要慢10%，据说JLink使用专门的工具，可以得到28KB/s的速度），如果是LPC1766的话，甚至可以超过70KB/s。而且，我评估下来，瓶颈是在12M的USB口上，用网口的话，应该可以得到更快的速度，这个也就是为什么原来说以后有空的时候，可以移植偶的协议栈测试一下速度。
几种优化可以考虑的：
1. JTAG超频，http://blog.ednchina.com/SimonQian/1749321/message.aspx
2. 优化Flash算法，简化操作，使用并行下载方式
3. 协议优化，GDB本身就不是高性能的协议，用于下载Flash的话，速度问题更加明显，当然，用于调试还是很不错的

soswelcome · 发表于 2010-7-28 09:48:32

晕，不支持iar

mcu.runner · 发表于 2010-7-28 11:46:15

回复【28楼】soswelcome
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NetICE 通过 GDB Server 协议支持 IAR

mcu.runner · 发表于 2010-7-28 20:43:11

回复【27楼】chengyingavr
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原来是 Simon 大侠，失敬失敬啊。我看到互联网上有好多阁下的资料啊。

非常感谢你的建议，我有时间也试试看。

回头多交流联系。

我的 e-mail: lezhi.cn@gmail.com

chengyingavr · 发表于 2010-7-31 00:14:45

这2天项目太忙，所以没有上网

国内，能有自主做ARM仿真器的已经不多了，确实很难找到人交流
即使不是用D板的，基本上也只是并口仿真或者基于FT芯片的东西
难得看到一个，支持一下还是必须的

imjacob · 发表于 2010-11-3 20:39:10

强帖，留名

mcu.runner · 发表于 2010-11-30 21:34:05

与DIY相关的资料我把它放到了EDN China的博客里，大家感兴趣的话，也可以下载资料来自己DIY。

这些资料包括：固件BIN文件、Gerber文件、BOM单和电路原理图等。

感兴趣的童鞋去看看吧。

http://blog.ednchina.com/MCUrunner/1937562/message.aspx

hontor · 发表于 2010-11-30 22:25:40

要是硬件能兼容J-PRO就好了，呵呵。

k0059 · 发表于 2010-12-1 00:30:10

调试工具中最重要的不是jtag这个调试器件了
jtag基本已经普及

最重要的是易用的pc断调试软件
用用trace32就知道是多么的易用了

（原创）单芯片 MCU 实现的基于网络的 ARM 仿真器

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