Lauterbach Trace32 — Hardware Tracing & Debugging

00 Hardware tracing temelleri

Yazılım tabanlı debug araçları (printf, GDB) hedef sistemde çalışan kodu durdurur ve davranışı değiştirebilir (Heisenbug). Hardware tracing ise işlemciyi hiç durdurmadan çalışma zamanı bilgisini yakalar — sıfır intrüsivite.

CoreSight mimarisi

ARM CoreSight, SoC içindeki debug ve trace bileşenlerini standartlaştıran bir mimaridir. Her bileşen APB (Advanced Peripheral Bus) üzerinden erişilebilir debug register'larına sahiptir.

  ┌─────────────────────────────────────────────────────┐
  │  CPU Core (Cortex-A/M/R)                            │
  │  ├── ETM (Embedded Trace Macrocell)                 │
  │  │   instruction + data trace üretir                │
  │  └── DWT (Data Watchpoint and Trace)                │
  │      veri erişimlerini izler                        │
  └────────────────────┬────────────────────────────────┘
                       │ ATB (Advanced Trace Bus)
  ┌────────────────────▼────────────────────────────────┐
  │  Trace Funnel (çok çekirdekli sistemlerde birleşim) │
  └────────────────────┬────────────────────────────────┘
                       │
          ┌────────────┴────────────┐
          ▼                         ▼
  ┌──────────────┐         ┌──────────────────┐
  │  ETB / ETF   │         │  TPIU            │
  │  (dahili RAM │         │  (harici trace   │
  │   buffer)    │         │   portuna çıkış) │
  └──────────────┘         └──────┬───────────┘
                                  │
                           Lauterbach probe

ETM — Embedded Trace Macrocell

ETM, işlemci çekirdeklerine gömülü donanım birimidir. Her çalıştırılan komutun adresini (instruction trace) ve isteğe bağlı olarak bellek erişimlerini (data trace) sıkıştırılmış biçimde ATB veri yoluna gönderir.

Bileşen	Açıklama	Kapasite
`ETM v3`	Cortex-A8/A9/R4	Instruction + data trace, address filtering
`ETMv4 / ETE`	Cortex-A55/A78/X1	Branch prediction aware, memory-mapped register
`MTB`	Cortex-M0+/M23	Micro Trace Buffer — dahili SRAM, 256B-4KB
`ETB (4KB)`	Çoğu Cortex-A/R	On-chip trace RAM, harici probe olmadan kullanılabilir
`ETF`	Büyük SoC'lar	Embedded Trace FIFO — daha büyük buffer, flush modları
`TPIU`	SoC çıkış katmanı	SWO (1-bit) veya paralel trace (4/8/16-bit port)

NOT

Cortex-M serisi için çoğunlukla yeterli olan SWO (Single Wire Output) trace, ETM yerine ITM (Instrumentation Trace Macrocell) üzerinden çalışır ve yalnızca yazılım tarafından üretilen printf-tarzı trace verisini aktarır. Tam ETM instruction trace için daha pahalı trace probe donanımı ve çip üzerinde TPIU gerekir.

01 Trace32 araç ailesi

Lauterbach, farklı bant genişliği ve form faktörü ihtiyaçları için geniş bir ürün ailesi sunar. Doğru probeyi seçmek, trace bant genişliği gereksinimlerine ve hedef donanımın fiziksel kısıtlamalarına bağlıdır.

Probe kategorileri

Ürün ailesi	Bağlantı	Trace kapasitesi	Kullanım senaryosu
`LA-7728E`	USB 3.0	4GB trace RAM, 800 MHz	Yüksek hızlı SoC, Linux trace
`LA-3505`	USB 2.0	128MB trace RAM	Orta seviye gömülü sistem
`Combiprobe`	USB 2.0	JTAG/SWD only (trace yok)	Sadece JTAG debug
`µTrace (Cortex-M)`	USB 2.0	SWO + SWD	Cortex-M geliştirme
`PowerDebug Pro`	Ethernet/USB	4GB, çok çekirdekli	Otomotiv, kurumsal CI
`AutoFocus II`	Ethernet	1GB	Araç içi debug altyapısı

JTAG ve SWD karşılaştırması

JTAG (IEEE 1149.1)5 pin (TDI, TDO, TCK, TMS, TRST) — daisy-chain destekli, eski standart, yavaş

SWD (Serial Wire Debug)2 pin (SWDIO, SWDCLK) — ARM özel, kompakt PCB tasarımı için ideal

SWO (Serial Wire Output)SWD'ye ek 1 trace pin — ITM/DWT trace verisi için, ETM trace için yetersiz

Trace port (4-bit)TRACECLK + TRACEDATA[0..3] — ETM full trace için gerekli, PCB gereksinimleri yüksek

Lisans yapısı

Trace32 yazılımı ücretsiz indirilir ancak donanım probe'u aktif olmadan çalışmaz. Demo lisansı (training mode) sınırlı işlevsellik sunar. Kurumsal sürümde t32license.t32 dosyası probe donanımına bağlıdır.

02 Trace32 IDE ve PRACTICE script

Trace32 GUI (t32marm, t32mqdsp6 vb.) hem etkileşimli debugging hem de PRACTICE betik dili ile tam otomasyon sağlar. PRACTICE, Trace32'ye özgü yüksek seviyeli bir script dilidir.

Trace32 başlatma

# Linux'ta Trace32 başlatma
cd /opt/t32
./bin/pc_linux64/t32marm -c config.t32

# config.t32 örneği:
cat config.t32

config.t32●

; Trace32 konfigürasyon dosyası
PBI=USB               ; Probe bağlantı tipi (USB/ETH)
USB=                  ; Otomatik USB tanıma

; Ana pencere boyutu
SCREEN=
HEADER=Trace32 ARM Debug

; Başlangıç scripti
STARTUPFILE=init.cmm

PRACTICE script temelleri

init.cmm●

; PRACTICE script — STM32H743 başlatma

; CPU seçimi
SYStem.CPU STM32H743ZI

; JTAG hızı
SYStem.JtagClock 10MHz

; Debug porta bağlan
SYStem.Up

; ELF sembol dosyasını yükle
Data.LOAD.Elf /path/to/firmware.elf /GNU

; Adres ve hafıza haritası
MAP.Reset
MAP.BoDual 0x08000000--0x081FFFFF  ; Flash

; Başlangıç breakpoint'i
Break.Set main /Program

; Çalıştır
Go

PRACTICE temel komutlar

Komut	Açıklama
`SYStem.Up`	Hedefle bağlantı kur, CPU'yu reset ve halt et
`Go`	Serbest çalıştır (resume)
`Break`	Mevcut konumda durdur
`Step`	Tek adım (step into)
`Break.Set <addr>`	Breakpoint koy
`Register.view`	CPU register penceresini aç
`Data.dump <addr>`	Bellek içeriğini hex göster
`Var.view <var>`	Değişkeni izle
`PRINT`	Mesaj yazdır (PRINT "değer: " Var.VALUE(x))
`IF / WHILE / GOSUB`	PRACTICE akış kontrolü

03 ETM instruction trace

ETM instruction trace, işlemcinin her çalıştırdığı komutu gerçek zamanlı olarak kaydeder. Bu kayıt sayesinde bir crash'e giden tam çalışma yolu, fonksiyon çağrı sırası ve dal davranışı sıfır intrüsivite ile incelenebilir.

Trace konfigürasyonu

etm_trace.cmm●

; ETM trace başlatma scripti

SYStem.CPU CortexA53
SYStem.JtagClock 20MHz
SYStem.Up

; ELF yükle
Data.LOAD.Elf /path/to/app.elf /GNU

; Trace konfigürasyonu
Trace.Init

; ETM trace'i etkinleştir
ETM.ON
ETM.ContextID OFF      ; Process ID bilgisi (Linux'ta açılabilir)
ETM.DataTrace OFF      ; Sadece instruction trace
ETM.Cycle ON           ; Cycle-accurate mod

; Trace buffer — ETB (internal) kullan
Trace.Method Onchip
Trace.Size 0x10000     ; 64KB

; Trace filtresi: belirli adres aralığı
; ETM.RANGE 0x08000000 0x0800FFFF  ; sadece Flash

; Tüm flash'ı trace et
ETM.RANGE OFF

; Hedefi çalıştır
Go

Trace kaydetme ve analiz

analyze_trace.cmm●

; Trace'i durdur ve analiz et
Break

; Trace verisini çöz (decode)
Trace.List                    ; Instruction listesi penceresi
Trace.Chart.Func              ; Fonksiyon zaman çizelgesi

; En son N talimatı listele
Trace.List LAST 1000.

; Belirli bir fonksiyona gidişi bul
Trace.Find main               ; main() çağrısını bul

; Assembly seviyesinde akış görüntüleme
List.Mix                      ; C/assembly mix listesi açar

; Trace verisini dosyaya aktar
Trace.Export /tmp/trace.txt ASCII

; Trace istatistikleri
Trace.Statistics

Crash analizi

; Crash öncesi son 500 talimatı incele
; (ETB circular buffer ile otomatik yakalanır)
Trace.List LAST 500.

; Çöküş anındaki PC değerini bul
; Register değerleri otomatik kaydedilir
Register.view

; Geri sararak çöküşe giden yolu izle
; PRACTICE: trace'i tersine oynat
Trace.List REVERSE

04 Data trace

Data trace, belirli bellek adreslerine yapılan okuma ve yazma işlemlerini zamanlamayla birlikte kaydeder. Bellek bozulmaları, yarış koşulları ve beklenmedik değişken değişimleri için kritik bir araçtır.

DWT — Data Watchpoint and Trace

Cortex-M serisinde DWT (Data Watchpoint and Trace), donanımsal veri izleme için kullanılır. Cortex-A serisinde ise ETMv4 data trace veya PMU (Performance Monitoring Unit) kullanılır.

data_trace.cmm●

; Data trace konfigürasyonu (Cortex-M)

SYStem.CPU STM32F429
SYStem.Up
Data.LOAD.Elf firmware.elf /GNU

; DWT veri izleyicisi — global değişkeni izle
; g_sensor_data değişkeninin adresini bul
Var.view g_sensor_data
; Sembolden adres al: V.ADDRESS(g_sensor_data)

; Belirli adres aralığında yazma izle
Break.Set V.ADDRESS(g_sensor_data) /Write /TraceEnable

; Data trace etkinleştir
ETM.DataTrace Address     ; Sadece adres kaydet
; ETM.DataTrace AddressData ; Adres + değer kaydet (daha yavaş)

Trace.Init
ETM.ON
Go

; Program çalışırken g_sensor_data değişimlerini gör:
Trace.List ALL
; Her write işlemini zaman damgasıyla gösterir

Bellek bozulması tespiti

corruption_detect.cmm●

; Stack overflow ve bellek bozulması tespiti

; Stack koruma bölgesi — stack sonu adresinde izleyici
LOCAL &stack_guard
&stack_guard=V.ADDRESS(_stack_end)+0x10

; Watchpoint: stack guard alanı yazılırsa dur
Break.Set &stack_guard /Write /HardwareBased

; Heap üzerine yazma tespiti — malloc sınırı
; Heap bölgesini izle
Break.Set 0x20010000--0x20020000 /Write \
          /TraceEnable /Task "heap_monitor"

Go

; Tetiklenince:
; Trace.List LAST 100.   — bozulmadan önceki son 100 komut
; Register.view           — PC/LR/SP durumu
; Data.dump &stack_guard  — guard değerini göster

Veri erişim istatistikleri

; Belirli değişkene kaç kez erişildi?
Trace.Statistics.sYmbol g_sensor_data

; Tüm global değişkenlerin erişim sayısı
Trace.Statistics.Var

; En çok erişilen adresler (hotspot)
Trace.Statistics.Address

05 Performance Analysis

Trace32'nin performans analizi araçları, fonksiyon bazında çalışma sürelerini, cache miss oranlarını, pipeline stall'larını ve interrupt gecikmelerini donanım tracing ile tespit eder.

Fonksiyon profili (hotspot)

profile.cmm●

; Fonksiyon bazında profil çıkarma

SYStem.CPU CortexA72
SYStem.Up
Data.LOAD.Elf application.elf /GNU

; Cycle-accurate trace
ETM.ON
ETM.Cycle ON
Trace.Init
Trace.Size 0x100000   ; 1MB trace buffer
Trace.Method Onchip

Go

; 5 saniye çalıştır
WAIT 5.s
Break

; Fonksiyon profili
Trace.Statistics.Func

; Sonuç: her fonksiyon için
; - Toplam çağrı sayısı
; - Min / Ortalama / Max çalışma süresi
; - Toplam CPU zamanı %

; En yavaş 10 fonksiyon
; Trace.Statistics.Func /Max 10.

Interrupt gecikme ölçümü

irq_latency.cmm●

; IRQ giriş gecikmesi ölçümü

; IRQ handler giriş adresini bul
LOCAL &irq_entry
&irq_entry=V.ADDRESS(UART1_IRQHandler)

; Trigger: IRQ acknowledge anından handler girişine süre
Trace.Init
ETM.ON
ETM.Cycle ON

; Performans sayacı: IRQ latency
PerfCounters.RESET
PerfCounters.Set 0. IRQ_LATENCY

Go

; Test uyaranını üret (dışarıdan UART verisi gönder)
WAIT 2.s
Break

; IRQ gecikme istatistikleri
PerfCounters.view

; Trace üzerinden elle ölçüm:
; IRQ assert → handler giriş arası cycle sayısı
Trace.Find &irq_entry
Trace.List BACK 20.   ; Handler öncesi 20 komut

Cache miss analizi

; Cortex-A için L1/L2 cache miss oranı
; PMU (Performance Monitoring Unit) sayaçları

; ETM + PMU birlikte kullan
ETM.ON
PMU.Reset
PMU.Set 0. L1I_CACHE_REFILL   ; I-cache miss
PMU.Set 1. L1D_CACHE_REFILL   ; D-cache miss
PMU.Set 2. L2D_CACHE_REFILL   ; L2 miss
PMU.Set 3. CPU_CYCLES

Go
WAIT 3.s
Break

PMU.view
; Çıktı örneği:
; Cycle count     : 450,000,000
; I-cache miss    : 12,500  (2.7%)
; D-cache miss    : 45,000  (10%)
; L2 miss         : 8,200   (1.8%)

06 OS awareness

Trace32'nin OS awareness özelliği, çalışan işletim sisteminin (Linux, FreeRTOS, Zephyr vb.) iç yapısını — görev listesi, bellek haritaları, semaphore'lar, mutex'ler — kernel sembolleri aracılığıyla Trace32 GUI'de görüntüler.

Linux kernel awareness

linux_awareness.cmm●

; Linux kernel awareness kurulumu

SYStem.CPU CortexA53
SYStem.Up

; Kernel ELF ve semboller
Data.LOAD.Elf vmlinux /GNU /NOCODE
; NOCODE: sadece semboller — belleği doldurmaz

; KASLR (Kernel Address Space Layout Randomization) desteği
; Kernel base adresini bul:
; /proc/kallsyms veya JTAG üzerinden text_offset okuyarak

; Linux awareness etkinleştir
TASK.CONFIG linux       ; Lauterbach Linux plugin

; Kernel'in symbol offset'ini ayarla (KASLR varsa)
; TASK.OFFSET 0xFFFF800000000000 - &__start_kernel

; OS awareness pencerelerini aç
TASK.List               ; Tüm görevler / process'ler
TASK.Stack              ; Her görevin stack durumu
TASK.Module             ; Yüklü kernel modülleri

Görev listesi ve process bellek haritası

; Tüm çalışan process'leri listele
TASK.List.Task

; Belirli process'in bellek haritası
TASK.List.VMMaps "myapp"

; Process'in tüm thread'leri
TASK.List.Threads "myapp"

; Belirli görevin stack'ini incele
TASK.Stack.View "init"

; Kernel semaphore / mutex durumu
TASK.List.Mutex
TASK.List.Semaphore

; Bekleyen (blocked) görevler
TASK.List.Task /STATE "waiting"

Kernel breakpoint — syscall izleme

; sys_open() çağrısında dur
Break.Set do_sys_openat2 /Program

; write() syscall'ını izle
Break.Set sys_write /Program /TraceEnable

; Belirli process'te breakpoint (process-aware)
Break.Set 0x400500 /Program /TASK "myapp"

; Kernel panic trace — panic() fonksiyonunda dur
Break.Set panic /Program
Go

FreeRTOS awareness

; FreeRTOS görev izleme
TASK.CONFIG freertos

; FreeRTOS görev listesi
TASK.List.Task

; Context switch geçmişi (trace ile)
; Her görev değişiminde PC değeri
Trace.List.Task

; Task execution timeline
Trace.Chart.Task

07 Automated testing

PRACTICE script dili, CI/CD pipeline'larıyla entegre otomatik test altyapısı oluşturmak için yeterince güçlüdür. Regression test, code coverage ölçümü ve otomatik raporlama Trace32 komut satırı üzerinden yönetilebilir.

Headless / komut satırı modu

# Trace32'yi headless (GUI olmadan) başlat
/opt/t32/bin/pc_linux64/t32marm \
    -c config.t32 \
    -s test_suite.cmm \
    -exit

# Dönüş kodu: 0 = başarı, 1 = hata

Test betiği iskelet

test_suite.cmm●

; Otomatik test suite — PRACTICE script

LOCAL &test_pass &test_fail
&test_pass=0
&test_fail=0

; ─── Yardımcı fonksiyonlar ────────────────────
GOSUB setup

; ─── Test 1: LED toggle işlevi ────────────────
PRINT "Test 1: LED_Toggle..."
Break.Set LED_Toggle /Program /OnchipBreak
Go
WAIT 0:0:5.         ; 5 saniye bekle

IF STATE.RUN()
(
  PRINT "HATA: LED_Toggle 5s içinde çağrılmadı"
  &test_fail=&test_fail+1
)
ELSE
(
  PRINT "BAŞARILI: LED_Toggle çağrıldı"
  &test_pass=&test_pass+1
)

; ─── Test 2: Değişken değer kontrolü ──────────
GOSUB reset_target
Break.Set update_sensor /Program /OnchipBreak
Go
WAIT 0:0:2.

IF !STATE.RUN()
(
  LOCAL &sensor_val
  &sensor_val=Var.VALUE(g_sensor_value)
  IF &sensor_val>100.&&&&sensor_val<200.
  (
    PRINT "BAŞARILI: sensor değeri aralıkta: " &sensor_val
    &test_pass=&test_pass+1
  )
  ELSE
  (
    PRINT "HATA: sensor değeri hatalı: " &sensor_val
    &test_fail=&test_fail+1
  )
)

; ─── Sonuç raporu ─────────────────────────────
GOSUB print_report
ENDDO

; ─── Alt rutinler ─────────────────────────────
setup:
  SYStem.CPU STM32H743ZI
  SYStem.Up
  Data.LOAD.Elf firmware.elf /GNU
  RETURN

reset_target:
  SYStem.Down
  SYStem.Up
  Data.LOAD.Elf firmware.elf /GNU
  RETURN

print_report:
  PRINT "============================="
  PRINT "Toplam: " (&test_pass+&test_fail)
  PRINT "Başarılı: " &test_pass
  PRINT "Başarısız: " &test_fail
  IF &test_fail>0.
  (
    PRINT "SONUÇ: BAŞARISIZ"
    ENDDO 1.       ; hata kodu ile çık
  )
  PRINT "SONUÇ: BAŞARILI"
  RETURN

CI/CD entegrasyonu (GitLab örneği)

.gitlab-ci.yml (trace32 test aşaması)●

hardware_test:
  stage: test
  tags:
    - trace32-runner      # Bu runner'da Trace32 + donanım mevcut
  script:
    - make firmware.elf
    - /opt/t32/bin/pc_linux64/t32marm
        -c /etc/t32/config.t32
        -s ci/test_suite.cmm
        -exit
  artifacts:
    when: always
    paths:
      - ci/test_report.txt
    reports:
      junit: ci/junit_report.xml

08 Pratik: STM32 ETM trace & hotspot analizi

Bu bölümde STM32H743 üzerinde ETM trace kurulumu yapacak, fonksiyon hotspot analizi gerçekleştirecek ve Linux kernel debug için OS awareness kullanacağız.

Donanım bağlantısı

STM32H743ZI Nucleo board20-pin JTAG + 4-bit trace port (PE2..PE6)

LA-3505 veya LA-7728E4-bit trace port destekleyen Lauterbach probe

20-pin MIPI kabloProbe'dan Nucleo'nun debug konnektörüne

STM32 ETM trace başlatma

stm32h7_etm.cmm●

; STM32H743 ETM instruction trace

SYStem.CPU STM32H743ZI
SYStem.JtagClock 20MHz
SYStem.Up

Data.LOAD.Elf build/firmware.elf /GNU

; Trace portunu etkinleştir (4-bit)
; STM32H7'de DBGMCU_CR trace pini aktifleştirmesi gerekir
Data.Set 0xE0042004 %Long 0x00700000  ; DBGMCU_CR: trace IO on

; Trace konfigürasyonu
Trace.Init
ETM.ON
ETM.Cycle ON
ETM.PortSize 4.           ; 4-bit trace port
Trace.Method Onchip       ; ETB (8KB) kullan

; Filtre: sadece uygulama kodu (Flash)
ETM.RANGE 0x08000000 0x0807FFFF

; Döngüsel buffer mod
Trace.Mode Wrap

Go
PRINT "ETM trace başladı — 10s sonra analiz..."
WAIT 0:0:10.
Break

; Fonksiyon profili çıkar
Trace.Statistics.Func /Max 20.

; Sonuçları dosyaya yaz
PRINT.OPEN /tmp/hotspot.txt
Trace.Statistics.Func
PRINT.CLOSE

PRINT "Hotspot analizi tamamlandı: /tmp/hotspot.txt"

Beklenen hotspot çıktısı

; Trace32 Trace.Statistics.Func çıktısı örneği:
;
; Function             Calls   Min[ns]  Avg[ns]  Max[ns]  Total[%]
; ─────────────────────────────────────────────────────────────────
; DSP_filter()         1024    2450     3120     8900     45.2%
; sensor_read()        512     1200     1350     2100     18.7%
; uart_transmit()      2048    450      510      1200     13.4%
; main_loop()          1024    8900     9200     12000    12.1%
; HAL_Delay()          128     999000   1000200  1001500   5.3%
; ...
;
; → DSP_filter() toplam CPU zamanının %45'ini alıyor
;   CMSIS-DSP kütüphanesi ile optimize edin veya
;   FPU kullanımını kontrol edin

Linux kernel debug (QEMU + Trace32)

linux_kernel_debug.cmm●

; QEMU ARM64 üzerinde Linux kernel debug
; (QEMU -s flag ile 1234 portunda GDB stub açar)

SYStem.CPU CortexA53
SYStem.Mode.Attach   ; Çalışan sisteme bağlan (reset yok)

; QEMU TCP/IP üzerinden bağlan
SYStem.CONFIG.SLAVE TCP:localhost:1234

Data.LOAD.Elf vmlinux /GNU /NOCODE
TASK.CONFIG linux
TASK.OFFSET stext    ; Kernel yükleme adresi

; Çalışan sisteme bağlan
SYStem.Attach

; Tüm process'leri listele
TASK.List.Task

; Kernel panic'te dur
Break.Set panic /Program
Go

; Process context'ini değiştir (user-space debug)
TASK.Select "myapp"   ; myapp process'ine geç
List.Mix              ; Kaynak + assembly

SONUÇ

ETM instruction trace, zamanlama hassasiyetiyle birlikte tam çalışma geçmişi sağlar. Fonksiyon bazında hotspot analizi, profil tabanlı optimizasyon için altın veridir. Linux OS awareness ise kernel debug'ını geliştiriciye tanıdık bir "proses tabanlı" görünümde sunar — tek bir araçla hem firmware hem Linux kernel hem de kullanıcı uygulaması debug edilebilir.