硬件断点和软件断点的区别

超、凢脫俗 2022-05-23 13:04 384阅读 0赞

硬断点--break point

软断点--assert

简单的解释：

硬件断点：硬断点需要硬件寄存器提供支持，断点的数目受Embedded ICE中的Watchpoint数目的限制，但是可以在任何地方设置断点。

软件断点：软件断点通过在运行起来的程序中设置特征值实现，其数目不受限制，但是一般情况下软件断点只能在可写的存储器的地址中设置（比如：RAM），而不能在ROM（比如：Flash）中设置。

断点可分为硬件断点和软件断点两大类:   
       1．硬件断点需要目标CPU的硬件支持,当前流行的ARM7/9内部硬件设计提供两组寄存器用来存贮断点信息,所以ARM7/9内核最多支持两个硬件断点,而ARM11则可以支持到8个硬件断点.这与调试器无关.  
       2．软件断点则是通过在代码中设置特征值的方式来实现的.当需要在某地址代码处设置软件断点的时候,仿真器会先将此处代码进行备份保护,然后将预先设定好的断点特征值(一般为0x0000等不易与代码混淆的值)写入此地址,覆盖原来的代码数据.当程序运行到此特征值所在的地址时,仿真器识别出此处是一个软断点,便会产生中断.当取消断点时,之前受保护的代码信息会被自动恢复.  
     硬件断点可以设置在任何位置的代码上,包括ROM和RAM;而软件断点由于需要修改相应地址的值,所以一般只能设在RAM上,但是数量可以不受限制.由于硬件断点设置的灵活性,所以是最优先选用的断点资源,但是两个断点往往很难满足工程师进行深入调试的需要,于是软件断点可以作为硬件断点的补充资源来使用.  
     由于通常的软件断点只能设在RAM运行的代码上,而随着系统的代码量越来越大,特别是在移动通信领域,扩充大容量的RAM势必会增加产品的成本,所以现在很多系统直接在FlashROM上运行代码.对于这种在FlashROM上运行代码的系统,一般的软件断点是无法设置的,这也是软件断点的局限性.对于这样的系统,只能通过交替使用两个硬件断点满足需要,但是会带来一定的不便. 要很好的解决这一矛盾,只有使仿真器增加在FlashROM上设置软件断点的功能,拓展仿真器中可供利用的断点资源. 在FlashROM上设置软件断点的原理与在RAM上设置软断点类似,也是在设定的断点处用特征码替换原有代码,通过识别特征码使断点事件发生.不同的是,在FlashROM上设置软件断点需要对Flash进行擦写操作,这就需要仿真器能够有Flash编程功能,并且能够在尽可能短的时间内完成特征码的写入.完成这一系列的读写操作,就可使在FlashROM上调试代码的工程师获得更充裕的断点资源,从而大大提高了开发效率.  
       但是,由于对Flash进行擦写需要一定的时间,所以在执行到Flash断点的时候会感觉到有一个停顿的时间.虽然这一点比RAM上的软件断点要差些,但是相对于给工程师调试工作整体上带来的便利而言,这一点是完全可以接受的.  
设置断点进行调试是最基本的一种调试手段,选择具有丰富断点资源的ICE仿真器,可以明显地提高调试效率.当然,前提是工程师能够灵活使用各种断点资源.

下边这段话引自《ARM JTAG 调试原理》，可以从具体实现上理解：   
     （1）WP Address Value/Mask Register和硬件断点  
     断点是用来标识某个地址上的指令的，所以要将一个WATCH POINT用作断点设置，首先需要将WP Control Value寄存器的nPOC位置0，用来表示：只有在当前的周期是进行取指令的条件下，才触发断点。要在一个地址设置一个断点，可以通过WP Address Value/Mask这两个寄存器来实现。假设，要在地址0x0040设置一个断点，可以将WP Address Value寄存器的值设置为0x0040，同时将WP Address Mask寄存器的值设置为0x0。另外，将WP Data Mask设置为0xFFFFFFFF，这样可以屏蔽掉WP Data value寄存器的影响，在进行比较的时候，只考虑地址是否匹配。这样，每次ARM7TDMI从地址0x0040取指令的话，不管该指令是什么，断点就会被触发，ARM7TDMI会暂停当前的运行，自动进入调试状态，要清除该断点的话，只要改变WP Address Value寄存器的值，或者设置WP Control Value寄存器，禁止该功能。如果你想在所有地址的低16位的值为0x0040的地方设置断点，可以配合使用WP Address Mask寄存器，  将它的值设置为0xFFFF,0000，这样的话，每次比较的时候，高16为的地址就会被屏蔽掉。其实这种使用方式应该是比较少的，比较多的情况是，屏蔽掉最低2位或者最低1位的地址。在ARM状态下，因为ARM指令的长度是32位的，所有指令地址的最低2位必须为0，所以，如果在ARM状态下，一般将WP Address Mask的低2位置1，在进行地址比较的时候，屏蔽掉地址低最低2位，确保断点是被设置在正确的地址上；如果类似，如果是在THUMB状态下，一般需要将WP Address Mask的最低1位置1。上面描述的是第一种设置断点的方式，这种方式是通过地址比较来实现断点的。这也是我们常说的硬件断点，这类断点可以被设置在任何地址（包括FLASH和SDRAM）。因为ARM7TDMI提供了两组WP Address Value/Mask寄存器，所以，可以支持两个硬件断点。下面让我们来看看断点的另外一种实现方式。  
     （2）WP Data Value/Mask Register和软件断点  
     在调试过程当中，通过WP Data Value/Mask寄存器也可以实现断点设置。利用WP Data Value/Mask如何实现断点设置呢？ 和硬件断点的设置一样，首先需要将WP Control Value寄存器的nPOC位置0，用来表示：只有在当前的周期是进行取指令的条件下，才触发断点。 然后，将WP Address Mask寄存器的值设置为：0xFFFFFFFF, 这样可以屏蔽掉WP Address value寄存器的影响，在进行比较的时候，只考虑数据是否匹配。接下来，将WP Data Value寄存器的值设置为一个固定的值，例如：0xDEDEDEDE，将WP Data Mask寄存器的值设置为0x00000000。在需要设置断点的地方，将其内容替换为0xDEDEDEDE。这样，一但程序运行到该位置，尝试从该位置取指令或者数据的时候，因为取得的数据值和WP Data Value寄存器的值相同，ARM7TDMI会暂停当前的运行，自动进入调试状态。要清除该位置上的断点，我们只需要将该位置原来的指令恢复就可以了。这样，退出调试状态后，程序可以继续正常的运行。通过WP Data Value/Mask寄存器，我们可以在任何需要设置断点的地方，将其内容替换为一个固定的序列，就可以达到设置断点的目的。这种断点就是我们通常所说的软件断点。软件断点的设置方式使得ARM7TDMI可以支持任意数量的软件断点。但也决定了软件断点的局限性：软件断点不能设置在ROM/FLASH里面。因为软件断点的实现需要替换要设置断点的位置的内容，这点在ROM/FLASH做不到。（虽然从某种意义上来说，FLASH也是可读写的，但是需要特殊的指令）。

参考：

[http://hi.baidu.com/leetonhill/blog/item/84e9cb4635c9f03286947358.html][http_hi.baidu.com_leetonhill_blog_item_84e9cb4635c9f03286947358.html]

[http://www.cnblogs.com/dongdonghuihui/archive/2010/04/13/1711030.html][http_www.cnblogs.com_dongdonghuihui_archive_2010_04_13_1711030.html]

[http_hi.baidu.com_leetonhill_blog_item_84e9cb4635c9f03286947358.html]: http://hi.baidu.com/leetonhill/blog/item/84e9cb4635c9f03286947358.html
[http_www.cnblogs.com_dongdonghuihui_archive_2010_04_13_1711030.html]: http://www.cnblogs.com/dongdonghuihui/archive/2010/04/13/1711030.html