嵌入式系统的开发和芯片设计过程中,有效的调试方案可以帮助开发者更快定位设计中的缺陷,从而缩短开发周期。本文研究嵌入式系统的片上调试机制,主要包括标量处理器的精确异常调试模型,软件调试器和多核嵌入式调试方案。论文针对调试的低入侵性和可移植性建立了流水线相关的精确异常调试模型,模型通过增加精确调试异常的产生、处理机制,片外调试存储空间和基于JTAG的快速通信协议,实现一种通过JTAG接口的嵌入式处理器核的片上调试方案。模型在RISC32E中的应用表明,该调试模型具有良好的可观察性、可控制性、低入侵性和高效的调试效率。RISC32E片上调试的良好兼容性使其可以使用第三方商用调试器,但是这些调试器的不可扩展性限制了它们的使用范围。为了提高调试器的可扩展性,我们开发了更加灵活的调试器RDView。设计采用分层的软件设计方法,将RDView分为应用层,仿真控制层和通信层。根据RISC32E片上调试的硬件实现,RDView增加了对调试存储的有效分配和管理。实验表明,RDView具有较好的可扩展性。论文从多核嵌入式系统调试(Multiprocessor Embedded Systems Debug,MESD)的计算单元可调试性和处理器核间通信的可调试性两个方面提出调试方案。MESD通过增加系统级TAP和跟踪监控器研究了多核系统中计算单元与内核通信的可调试性,以一个RISC32E核和两个MD32核构成的多处理器系统为例分析了多核系统片上调试方案的可行性和RDView在多核系统中的可重用性。实验结果表明,MESD是一种可重用性高的多核嵌入式系统调试方案。