組み込み開発におけるデバッガ

Astrocamp衛星開発ゼミ資料

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1. 組み込み開発におけるデバッガ GDB・JTAG・SWD・OpenOCD など Shuntaro Nakanishi 2025-09-03
2. Outline 1. デバッガとは . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.1 デバッガとは . . . . . . . . . . . . 3 1.2 代表的なデバッガ . . . . . . . 4 1.3 デバッガの主な機能 . . . . 5 2. 使い方 (VSCode) . . . . . . . . . . . 6 2.1 設定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2 ブレイクポイント . . . . . . . 8 2.3 ステップ実行 . . . . . . . . . . . . 9 2.4 メモリ検査 . . . . . . . . . . . . 10 2.5 コールスタックの確認 . 11 3. CPU デバッグ . . . . . . . . . . . . . 12 3.1 全体像 . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.2 これらの技術が可能にした こと . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.3 JTAG . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.4 SWD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.5 OpenOCD . . . . . . . . . . . . 17 Shuntaro Nakanishi 組み込み開発におけるデバッガ 2025-09-03 1 / 17
3. 1. デバッガとは
4. 1.1 デバッガとは デバッグ作業（バグの原因を探して取り除く作業）を支援するツールの こと。デバッガがなければ、printf などでログを大量に表示してメモリ や変数の値、関数の呼び出しを調べる必要がある。 Shuntaro Nakanishi 組み込み開発におけるデバッガ 2025-09-03 3 / 17
5. 1.2 代表的なデバッガ • GDB（GNU Debugger） GNU プロジェクトによって開発されたデバッガ。C/C++などの言語で広く使用され、コマ ンドラインから操作可能。GCC でコンパイルされたプログラムのデバッグによく用いられ る。 • LLDB（LLVM Debugger） LLVM プロジェクトによって開発されたデバッガ。Clang でコンパイルされたプログラムの デバッグに使用され、モダンなアーキテクチャを採用。 Shuntaro Nakanishi 組み込み開発におけるデバッガ 2025-09-03 4 / 17
6. 1.3 デバッガの主な機能 • ブレイクポイントの設定 プログラムの特定の場所に一 時停止する地点を設定でき る。 • ステップ実行 プログラムを１行ずつ実行す ることができる。 • メモリの確認 実行中の任意のタイミングで 特定の変数の値やメモリの内 容を確認できる。 • コールスタックの確認 プログラムが関数を呼び出し た履歴を確認できる。 Shuntaro Nakanishi 組み込み開発におけるデバッガ 2025-09-03 5 / 17
7. 2. 使い方 (VSCode)
8. 2.1 設定 .vscode/launch.json でデバッガの設定を行う。 C/C++の場合は VSCode の C/C++ 拡張機能が必要。 この拡張機能が VSCode が使う DAP と、GDB が使う独自の通信プロ トコル（MI プロトコルなど）との間で、コマンドと情報の翻訳を行う デバッグアダプタの役割を担う。 Shuntaro Nakanishi 組み込み開発におけるデバッガ 2025-09-03 7 / 17
9. 2.2 ブレイクポイント Shuntaro Nakanishi 組み込み開発におけるデバッガ 2025-09-03 8 / 17
10. 2.3 ステップ実行 Continue Step Over Step Into Step Out Restart Stop Shuntaro Nakanishi 組み込み開発におけるデバッガ 2025-09-03 9 / 17
11. 2.4 メモリ検査 Shuntaro Nakanishi 組み込み開発におけるデバッガ 2025-09-03 10 / 17
12. 2.5 コールスタックの確認 Shuntaro Nakanishi 組み込み開発におけるデバッガ 2025-09-03 11 / 17
13. 3. CPU デバッグ
14. 3.1 全体像 Shuntaro Nakanishi 組み込み開発におけるデバッガ 2025-09-03 13 / 17
15. 3.2 これらの技術が可能にしたこと • JTAG (1980 年代): メーカー専用装置に依存せず、標準化されたオ ンチップデバッグ/境界スキャンを実現。 • GDB (1988 年): ホスト PC とターゲット間でシリアル/TCP/IP を 用いたリモートデバッグを実現。 • OpenOCD (2005 年): 多様な USB-JTAG/SWD アダプタを共通化 し、GDB とターゲットの橋渡しを実現。 • SWD (2009 年): 2 線で JTAG 相当のデバッグを可能にし、低ピ ン・省配線を実現。 • CMSIS-DAP (2012 年): ARM 標準のデバッグプロトコルにより、 統一的な USB 経由デバッグを実現。 Shuntaro Nakanishi 組み込み開発におけるデバッガ 2025-09-03 14 / 17
16. 3.3 JTAG JTAG は 4 本の信号線を用いる。 TCK（クロック） TDI（データ入力） TDO（データ出力） TMS（状態制御） 元々は基板検査の規格であった。 今では、各メーカーがプライベート命令やオ プションレジスタを使って、CPU デバッグ にも使用されている。 JTAG を拡張したものとして有名なものは、 ARM の CoreSight がある。 Shuntaro Nakanishi 組み込み開発におけるデバッガ 2025-09-03 15 / 17
17. 3.4 SWD ARM 社が定めた JTAG と共存可能な 2 線 式のデバッグインタフェース。信号線が４つ 必要な JTAG はピン数が少ないマイコンに とって、大きな問題となっており、SWD が 導入された。 信号線は以下の通り。 • SWDIO: データの送受信 • SWCLK: クロック Shuntaro Nakanishi 組み込み開発におけるデバッガ 2025-09-03 16 / 17
18. 3.5 OpenOCD Open On-Chip Debugger の略で、JTAG を使ったデバッグを行うた めのオープンソースソフトウェア。 gdb server および talnet server の機能を持ち、様々なデバックプ ローブ（ST-Link, J-Link, CMSIS-DAP）をサポートしている。 Shuntaro Nakanishi 組み込み開発におけるデバッガ 2025-09-03 17 / 17