JPH096647A

JPH096647A - 逆実行デバッグシステム

Info

Publication number: JPH096647A
Application number: JP7178295A
Authority: JP
Inventors: Noritaka Koyama; 法孝小山; Yasushi Wauke; 康和宇慶
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1995-06-21
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 1997-01-10
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: JP3379675B2

Abstract

(57)【要約】【目的】プログラムのデバッグ作業を容易にする。【構成】デバッグの際は、レジスタやメモリへの書き
込み命令の直前に、書き込む領域に格納されているデー
タをトレースメモリに退避する命令を挿入したデバッグ
用プログラムをコンパイラ１によりコンパイルする。そ
して、このデバッグ用プログラムをユーザ実行ファイル
２に格納して実行することにより、デバッグを進める。
デバッグ用プログラムを実行すると、バグが存在すると
きはその影響により実行が停止する。トレースメモリ３
ａ、３ｂには、実行が停止した位置のアドレス及びその
時のレジスタ及びメモリの内容が格納されている。そし
て、命令変換ツール４により、デバッグ用プログラムを
レジスタ及びメモリのデータに対し、逆の操作を行う命
令列に変換する。この命令列を１ステップずつ実行する
ことにより、実行が停止した位置から逆方向にトレース
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロコンピュータ
上で動作するプログラムのデバッグや評価を行う際に使
用する逆実行デバッグシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、プログラムのデバッグや評価の
際は、マイクロコンピュ―タ上で実際にプログラムを動
作させ、その動作のトレースを行う。このような動作ト
レースでは、従来、各種のツール等を使用し、以下のよ
うな作業を行っていた。例えば、プログラムのあるアド
レスにおいて、プログラムの動作を停止させたり、通過
を確認したいときにはプログラムの途中にブレークポイ
ントを設定していた。また、ブレークポイントから数命
令のトレースを行いたい時にはステップ命令を使用し、
１ステップずつ命令を実行していた。これらの機能で確
認できないトレース情報、例えば、特定の命令の実行頻
度の測定、メモリのあるアドレスのアクセス回数の測定
などは、プログラム自身、あるいはデバッグ評価ツール
に、カウンタやフラグなどの仕掛けを組み込むようにし
ていた。

【０００３】また、ＩＣＥ(In Circuit Emulator) など
の高機能なデバッグ評価ツールでは、マイクロコンピュ
ータの信号ピンの履歴を一定量トレースメモリに保持し
ておくことができる。そして、これらの信号ピンの履歴
からより多くのトレース情報を得ることができる。この
トレース情報を解析することにより実行命令の履歴、デ
ータアクセスの状況を知ることができた。これらの従来
技術は、いずれも、プログラムをプログラムエントリか
ら実行し、実行時に必要な情報を得るものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術には、次のような課題があった。第１に、
プログラムの動作トレースを行う場合に、一度通過して
しまった部分を再現するには、もう一度プログラムエン
トリから実行し直さなければならないので、効率的でな
い。このような状況は、プログラムのデバッグ時に頻繁
に起こる。これは、プログラムのバグが誤動作として表
面に現れるのが、バグ箇所を通過してから一定時間経っ
てからの場合が多いからである。この場合、誤動作した
時点から、少しずつ前の状況を把握していくために何度
もブレークポイントをかけ直して、プログラムをプログ
ラムエントリから再実行する必要があった。

【０００５】第２に、通常、プログラムの実行は、入力
データの内容やその入力タイミングによって異なるもの
であり、一度起きた事象を再現できない場合が多い。従
って、何らかの原因で誤動作が発生した場合に、その誤
動作を再現できず、デバッグできない場合が多いし、評
価する際にも、一度実行したプログラム処理を再現する
ことができない場合が多かった。第３に、ＩＣＥを使用
した場合でも、マイクロコンピュータの信号ピンの履歴
を参照して、プログラムの実行を追跡するのは非常に難
しい作業であった。第４に、ＩＣＥを使用した場合で
も、実行の特定の箇所でのレジスタやメモリの値を完全
に再現するのは事実上不可能であった。これは、プログ
ラム実行中に上書きされる、レジスタやメモリの値を知
るには、プログラムの実行開始時からの全履歴を保持し
なければならないからである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の逆実行デバッグ
システムは、上述した課題を解決するため、以下の点を
特徴とするものである。（１）1.ユーザソースファイルに格納されたプログラム
を基にして、以下のトレース用プログラムを生成するた
めのコンパイラを備える。即ち、このコンパイラは、ま
ず、プログラム中からレジスタやメモリ等の記憶手段内
のデータを書き換える各書き込み命令を検出する。そし
て、それらの書き込み命令の実行時の直前の記憶手段内
のデータを退避するための退避命令を、当該書き込み命
令の直前に追加する。これらの退避命令は、ストア命
令、又はロード命令とストア命令の組み合わせである。
これらの退避命令を追加したものをトレース用プログラ
ムとする。

【０００７】2.当該コンパイラにより生成されたトレー
ス用プログラムを格納するユーザ実行ファイルを備え
る。 3.当該ユーザ実行ファイルに格納されたトレース用プロ
グラム中の退避命令の実行により退避されるデータ及び
当該トレース用プログラムの実行過程の命令アドレス履
歴をそれぞれ格納するトレースメモリを備える。 4.トレース用プログラムの実行停止時に、ユーザ実行フ
ァイルに格納されたトレース用プログラムを基にして、
以下の逆実行プログラムを生成するための命令変換ツー
ルを備える。即ち、この命令変換ツールは、トレース用
プログラム中の各命令をトレースメモリに格納されてい
る最新の命令アドレスの命令から順次逆のデータ処理を
行う命令に変換し、これを逆実行プログラムとする。

【０００８】（２）（１）において、命令変換ツール
は、以下を特徴とする。 1.トレース用プログラム中の各ロード命令をストア命令
に変換する。 2.トレース用プログラム中の各ストア命令をロード命令
に変換する。 3.トレースメモリにデータを退避する際のアドレスを更
新する各命令を１つ前のアドレスに戻す命令に変換す
る。 4.上記以外の命令は無視する。

【０００９】

【作用】デバッグの際は、レジスタやメモリへの書き込
み命令の直前に、書き込む領域に格納されているデータ
をトレースメモリに退避する命令を挿入したデバッグ用
プログラムをコンパイラによりコンパイルする。そし
て、このデバッグ用プログラムをユーザ実行ファイルに
格納して実行することにより、デバッグを進める。デバ
ッグ用プログラムを実行すると、バグが存在するときは
その影響により実行が停止する。トレースメモリには、
実行が停止した位置のアドレス及びその時のレジスタ及
びメモリの内容が格納されている。そして、命令変換ツ
ールにより、デバッグ用プログラムをレジスタ及びメモ
リのデータに対し、逆の操作を行う命令列に変換する。
この結果、この命令列を１ステップずつ実行することに
より、実行が停止した位置から逆方向に実行動作を戻す
動作をトレースすることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。図１は、本発明の逆実行デバッグシステム
の一実施例のブロック図である。この図ｌは、ターゲッ
トシステム上のマイクロプロセッサ（以下、ＭＰＵと略
称する）で動作するユーザプログラムをホスト上からデ
バッグするデバッガと、コンパイラおよび命令変換ツー
ルを含むシステムの全体構成を示す。図１において、ホ
スト１００では、メモリ１０３と、ハードディスク１０
５と、中央演算装置１０１（以下、ＣＰＵと略称する）
と、ＣＲＴ１０６と、ターゲットとのＩ／Ｆ部１０４と
が内部バス１０２によって接続されている。また、ＣＰ
Ｕ１０１には、ユーザが入力を行うキーボード１０７
と、マウス１０８とが接続されている。

【００１１】ホスト１００上のハードディスク１０５に
は、ホスト１００のＣＰＵ１０１上で動作するプログラ
ムであるコンパイラ１と、デバッガ１１０と、命令変換
ツール４、およびターゲット上のＭＰＵ３０１上で動作
するユーザプログラムのソースファイル１１２と、それ
をコンパイラ１でコンパイルして生成されるユーザ実行
ファイル２が格納される。ターゲットシステム３００
は、デバッグモニタ３０９が書き込まれたＲ０Ｍ３０
４、メモリ３０５、ユーザ実行ファイル２を動作させる
ＭＰＵ３０１、ユーザ実行ファイル２の実行履歴を格納
するトレースメモリ３ａとトレースメモリ３ｂ、および
メモリ管理ユニット３１０（以下、ＭＭＵと略称する）
を搭載する。ターゲットシステム３００のＩ／Ｆ部３０
３はデバッガインタフェース２００を通じてホスト１０
０のＩ／Ｆ部１０４と接続されている。

【００１２】ＭＰＵ３０１と、ＲＯＭ３０４と、メモリ
３０５と、トレースメモリ３ａと、トレースメモリ３ｂ
と、Ｉ／Ｆ部３０３とは、ターゲットシステム３００の
内部バス３０２によって接続されている。トレースメモ
リ３ｂは、命令アドレストレース回路３０８を通じてＭ
ＰＵ３０１と接続されている。これにより、命令アドレ
ストレース回路３０８により、トレースメモリ３ｂにＭ
ＰＵ３０１の実行命令アドレス履歴が保持される。

【００１３】この場合、命令アドレストレース回路３０
８は、実行命令アドレス履歴を保持するのにトレースメ
モリ３ｂをループ状に使用する。すなわち、トレースメ
モリ３ｂの最終番地まで使用してしまったら、再び先頭
番地から履歴を保持する。このようにして、常に、プロ
グラム停止時の前の実行命令アドレス履歴を、トレース
メモリ３ｂの容量分保持することができる。プログラム
停止時の実行命令アドレスを保持するトレースメモリ３
ｂのアドレスは、図２に示すように、トレースメモリ３
ｂのアドレスレジスタ３１１に保持される。

【００１４】デバッガ１１０は、キーボード１０７また
はマウス１０８からコマンドを入力し、その結果をＣＲ
Ｔ１０６に表示する。また、デバッガ１１０は、ユーザ
のプログラムロードコマンドによりユーザ実行ファイル
２を読み出し、デバッガインタフェース２００を通じて
デバッグモニタ３０９と通信することにより、ターゲッ
トシステム３００上のメモリ３０５にロードする。そし
て、デバッガインタフェース２００を通じてデバッグモ
ニタ３０９と通信することにより、ユーザコマンドを実
行する。

【００１５】次に、上述したシステムの動作を説明す
る。コンパイラ１は、マイクロコンピュータ上で動作す
るユーザ実行ファイル２が実行時に値を書き込む、レジ
スタ、メモリなどの記憶手段の書き込み前の値を退避す
る命令をオペレータの選択により追加することができ
る。以下、この動作の詳細を説明する。例えば、次のよ
うなレジスタ加算命令を定義する。ａｄｄ％ｒ１，％ｒ２，％ｒ３この命令は、％ｒ１の値と％ｒ２の値を加えて％ｒ３に
格納する命令である。ここに、％ｒ１などはＭＰＵ３０
１の内部にあるレジスタを示す。この命令は、レジスタ
への書き込みを伴う命令である。

【００１６】また、次のような命令を定義する。ｓｗ％ｒ１，［％ｒ２］この命令は、％ｒ１の値を％ｒ２の値のメモリアドレス
へストアする命令であり、メモリ３０５ヘの書き込みを
伴う命令である。コンパイラ１は、ユーザの選択に応じ
て、このような命令の直前に、書き込まれる記憶手段の
前の値をトレースメモリ３ａに退避する命令を追加す
る。例えば、ユーザソースファイル１１２のコンパイル
時、ユーザが「退避命令の追加」を選択しなかった場合
には、コンパイラ１が、以下の命令列を生成するとす
る。

【００１７】（ａ１）ａｄｄ％ｒ１，％ｒ２，％ｒ３（ａ２）ｓｗ％ｒ１，［％ｒ２］一方、ユーザが「退避命令の追加」を選択した場合、コ
ンパイラ１は、「退避命令の追加」を選択しなかった場
合に加えて図３に示す処理を行う。その結果、以下の命
令列を出力する。（ｂ１）ｓｗ％ｒ３，［％ｗｒ１］（ｂ２）ａｄｄ％ｗｒ１，４，％ｗｒ１（ｂ３）ａｄｄ％ｒ１，％ｒ２，％ｒ３（ｂ４）ｌｗ［％ｒ２］，％ｗｒ２（ｂ５）ｓｗ％ｗｒ２，［％ｗｒ１］（ｂ６）ａｄｄ％ｗｒ１，４，％ｗｒ１（ｂ７）ｓｗ％ｒ１，［％ｒ２］

【００１８】ここに、％ｗｒ１，％ｗｒ２は、ユーザプ
ログラムが使用することのないワークレジスタである。
“ｌｗ［％ｒ２］，％ｗｒ２”は、％ｒ２の値の
メモリアドレスの内容を％ｗｒ２にロードする命令であ
る。また、％ｗｒ１は、常にトレースメモリ３ａのアド
レスを指しており、ＭＭＵ３１０により、最終番地アド
レスからさらにインクリメントすると先頭番地を指すよ
うにされている。

【００１９】上記の場合、コンパイラ１は、（ａ１）に
当たる（ｂ３）の命令を決定し、この命令がレジスタ％
ｒ３への書き込みを伴う命令なので、書き込まれるレジ
スタ値をトレースメモリ３ａに退避する命令（ｂｌ）
と、退避するアドレスを更新する命令（ｂ２）を加え
る。同様に、（ａ２）に当たる（ｂ７）の命令を決定
し、この命令がメモリへの書き込みを伴う命令なので、
書き込まれるメモリ値をトレースメモリ３ａに退避する
命令（ｂ４），（ｂ５）と、退避するアドレスを更新す
る命令（ｂ６）を加える。以上のようにして、マイクロ
コンピュータ上で動作するプログラムが実行時に値を書
き込む、レジスタ、メモリなどの記憶手段の書き込み前
の値を退避する命令を選択的に追加することができる。
即ち、ユーザのオプション指定により、退避命令を追加
することができる。

【００２０】次に、逆実行によるデバッグ作業について
説明する。命令変換ツール４は、コンパイラ１で、「退
避命令の追加」を選択してコンパイルしたユーザ実行フ
ァイル２とともに使用する。命令変換ツール４は、ユー
ザ実行ファイル２の実行後に、トレースメモリ３ｂに格
納された実行命令履歴と、トレースメモリ３ａに退避さ
れた、レジスタ、メモリなどの記憶手段の書き込み前の
値を使用して、ユーザ実行ファイル２の停止時点から開
始して、ユーザ実行ファイル２の逆動作を実行するユー
ザ実行ファイルを自動的に生成する。以下、この処理の
詳細を説明する。ユーザソースファイル１１２をコンパ
イラ１によって「退避命令の追加」を行うようにコンパ
イルした結果、以下の命令列を含むユーザ実行ファイル
２が生成されたとする。

【００２１】（ｃ１）０ｘ０ｆｃｓｗ％ｒ１，［％ｒ２］（ｃ２）０ｘ１００ｂｌａｂｅｌ・・・ｌａｂｅｌ：（ｃ３）０ｘ２００ｓｗ％ｒ５，［％ｗｒ１］（ｃ４）０ｘ２０４ａｄｄ％ｗｒ１，４，％ｗｒ１（ｃ５）０ｘ２０８ａｄｄ％ｒ３，％ｒ４，％ｒ５（ｃ６）０ｘ２０ｃｌｗ［％ｒ７］，％ｗｒ２（ｃ７）０ｘ２１０ｓｗ％ｗｒ２，［％ｗｒ１］（ｃ８）０ｘ２１４ａｄｄ％ｗｒ１，４，％ｗｒ１（ｃ９）０ｘ２１８ｓｗ％ｒ６，［％ｒ７］

【００２２】ここに、０ｘｆｃ，０ｘ１００などは命令
のアドレスであり、”ｂｌａｂｅｌ”は、ラベルｌａ
ｂｅｌへの分岐命令である。このユーザ実行ファイル２
を実行した結果、ＭＰＵ３０１が命令アドレス０ｘ２１
８で停止して、その時点でのターゲットシステム３００
のトレースメモリ３ａ、トレースメモリ３ｂの内容が以
下のようであったとする。トレースメモリ３ａの内容（ｄ１）０ｘ１２３４５６７８（ｄ２）０ｘ９８７６５４３２

【００２３】トレースメモリ３ｂの内容（ｅ１）０ｘｆｃ（ｅ２）０ｘ１００（ｅ３）０ｘ２００（ｅ４）０ｘ２０４（ｅ５）０ｘ２０８（ｅ６）０ｘ２０ｃ（ｅ７）０ｘ２１０（ｅ８）０ｘ２１４（ｅ９）０ｘ２１８

【００２４】ここに、％ｗｒ１は（ｄ２）を指し、トレ
ースメモリ３ｂのアドレスレジスタ３１１は（ｅ９）を
指しているとする。トレースメモリ３ａとトレースメモ
リ３ｂの内容はデバッガ１１０によってハードディスク
１０５に格納することができる。命令変換ツール４は、
ハードディスク１０５に格納されたトレースメモリ３ａ
とトレースメモリ３ｂの内容、およびユーザ実行ファイ
ル２を使用して、図４のアルゴリズムに従ってユーザ実
行ファイル２の逆実行プログラムを生成する。図４の例
の場合、以下の逆実行プログラムを生成する。ここに、
逆実行プログラムというのは、ユーザプログラムを動作
させた場合のレジスタ、メモリなどの記憶手段の状態遷
移と逆の状態遷移を生じさせるプログラムという意味で
ある。

【００２５】（ｆ１）ｌｗ［％ｒ７］，％ｒ６（ｆ２）ｓｕｂ％ｗｒ１，４，％ｗｒ１（ｆ３）ｌｗ［％ｗｒ１］，％ｗｒ２（ｆ４）ｓｗ％ｗｒ２，［％ｒ７］（ｆ５）ｓｕｂ％ｗｒ１，４，％ｗｒ１（ｆ６）ｌｗ［％ｗｒ１］，％ｒ５（ｆ７）ｌｗ［％ｒ２］，％ｒ１

【００２６】この生成過程を図４を参照して説明する。
まず、ステップＳ４１で（ｅ９）より（ｃ９）の命令を
読み出すと、これはストア命令なので、その逆のロード
命令（ｆ１）が生成される（ステップＳ４２、Ｓ４
３）。次に、ステップＳ４４、Ｓ４１で（ｅ８）より
（ｃ８）の命令を読み出すと、これは退避するアドレス
を更新する命令なので、退避アドレスを１つ戻す命令
（ｆ２）が生成される（ステップＳ４６）。次に、（ｅ
７）より（ｃ７）の命令を読みだし、これがストア命令
なので、その逆のロード命令（ｆ３）が生成される。こ
のようにして生成されたものが上記の逆実行プログラム
である。この逆実行プログラムにより、メモリ３０５と
トレースメモリ３ａの内容を、ユーザプログラム実行停
止時の状態にしておいて、この逆実行プログラムをロー
ドして動作させれば、レジスタ、メモリなどの記憶手段
の状態遷移を逆に実行させることができる。

【００２７】以上のようにして、コンパイラ１と、命令
変換ツール４を使用して、ユーザプログラムの停止時か
ら逆動作をする逆実行プログラムを生成することがで
き、この逆実行プログラムを使用して、プログラムの逆
トレースを行うことができる。プログラムの逆トレース
は、従来行われていなかった方法であり、これによって
画期的なデバッグツールが提供される。即ち、一度実行
したプログラムの特定の箇所でのレジスタ、メモリの値
の再現が可能であり、しかも、プログラムの実行、停
止、レジスタ、メモリ値の参照を繰り返して逆トレース
することができる。これにより、バグの原因を捜し出す
ことが容易となり、デバッグが効率的となる。

【００２８】尚、本発明は上述した実施例に限定される
ものではなく、種々の変形が可能であることはもちろん
である。例えば、上述した実施例では、ハードウェアと
密接な機械命令の場合について説明したが、本発明を高
級言語のプログラムのデバッグに応用することも可能で
ある。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の逆実行デ
バッグシステムによれば、所定の命令変換により逆実行
プログラムを生成して実行するようにしたので、次のよ
うな効果がある。即ち、プログラムの動作トレースを行
う場合に、一度通過してしまった部分を再現する際に、
もう一度プログラムエントリから実行し直す必要がな
く、効率的なデバッグ作業を行うことができる。即ち、
何度もブレークポイントをかけ直さなくても、誤動作し
た時点から、１ステップずつ前の状況を把握していくこ
とができる。また、入力データの内容やその入力タイミ
ングによってプログラムの実行内容が異なるような場合
でも、過去に起きた事象を再現することが可能となる。
従って、何らかの原因で誤動作が発生した場合に、その
誤動作を確実に再現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の逆実行デバッグシステムの一実施例の
ブロック図である。

【図２】トレースメモリの構成の説明図である。

【図３】退避命令を追加する処理手順を説明するフロー
チャートである。

【図４】命令変換ツールの処理手順を説明するフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１コンパイラ２ユーザ実行ファイル３ａ、３ｂトレースメモリ４命令変換ツール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ユーザソースファイルに格納されたプロ
グラム中の各書き込み命令の実行時の直前の記憶手段内
のデータを退避するための退避命令を、当該書き込み命
令の直前に追加したトレース用プログラムを生成するコ
ンパイラと、当該コンパイラにより生成されたトレース用プログラム
を格納するユーザ実行ファイルと、当該ユーザ実行ファイルに格納されたトレース用プログ
ラム中の前記退避命令の実行により退避されるデータ及
び当該トレース用プログラムの実行過程の命令アドレス
履歴をそれぞれ格納するトレースメモリと、前記トレース用プログラムの実行停止時に、前記トレー
ス用プログラム中の各命令を前記トレースメモリに格納
されている最新の命令アドレスの命令から順次逆のデー
タ処理を行う命令に変換した逆実行プログラムを生成す
る命令変換ツールとを備えたことを特徴とする逆実行デ
バッグシステム。
【請求項２】前記命令変換ツールは、前記トレース用
プログラム中の各ロード命令をストア命令に変換し、各
ストア命令をロード命令に変換し、前記トレースメモリ
に退避するアドレスを更新する各命令を１つ前のアドレ
スに戻す命令に変換し、これら以外の命令は無視するこ
とを特徴とする請求項１記載の逆実行デバッグシステ
ム。