嵌入式系統(tǒng)之開發(fā)工具ppt課件

1、嵌入式系統(tǒng)之開發(fā)工具嵌入式系統(tǒng)之開發(fā)工具1. 開發(fā)環(huán)境開發(fā)環(huán)境l嵌入式系統(tǒng)，是指嵌入于宿主設(shè)備，智能地完成宿主設(shè)備功能的計算/控制系統(tǒng)。 l嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，是以開發(fā)嵌入式系統(tǒng)為目的的工程開發(fā)環(huán)境。包括辦公環(huán)境支持、軟件支持、硬件設(shè)備支持。l軟件支持，指集成開發(fā)環(huán)境與軟件模擬器等。l硬件支持，指仿真器、目的板、示波器、燒錄器等。嵌入式軟件嵌入式運(yùn)用軟件嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式硬件嵌入式硬件模塊嵌入式處置器嵌入式開發(fā)工具1.1集成開發(fā)系統(tǒng)集成開發(fā)系統(tǒng)l集成開發(fā)系統(tǒng)提供高效明晰的圖形化的嵌入式運(yùn)用軟件開發(fā)平臺，包括一整套完備的面向嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試工具 。l普通包括編輯器、編譯器、銜接器、調(diào)試器

2、、工程管理器和底層調(diào)試接口設(shè)備BDM/JTAG仿真器等 1.1.1編譯器編譯器l嵌入式言語：lASM/Ada/C/C+/EC/Java/OP/STAPLlEC+規(guī)范 l95年初在日本成立的Embedded C+技術(shù)委員 w嵌入式c/c+編譯器w 交叉編譯才干：可以在pc/unix平臺上生成其他cpu平臺目的代碼w銜接/定址器：由于無法提供dos/windows的動態(tài)定位執(zhí)行才干。嵌入式普通需求目的代碼靜態(tài)定位到詳細(xì)地址，定址器完成這一任務(wù)。w 啟動代碼：初始化處置器和c言語堆棧區(qū)等環(huán)境的匯編碼。w EC+:針對嵌入式的一些實(shí)時要求等特點(diǎn)，對規(guī)范C+言語規(guī)范的修正擴(kuò)展。嵌入式嵌入式C/C+開發(fā)環(huán)

3、境開發(fā)環(huán)境嵌入式嵌入式C/C+開發(fā)環(huán)境開發(fā)環(huán)境l提供目的調(diào)試(remote/rom monitor)才干.l另外還有其他一些地方需求留意，如I/O庫，大小尾段等。l主流嵌入式編譯器：lGNU 、CADUL 、CodeWarrior、GreenHill、Diab/SDS、IAR、BC/VC+Toolkit.等l1早期的Franklin Software Inc. 的A51/C51與Keil Software Inc.的 CA51/CA251/CA166赫赫有名。l2TASKING Inc. 的C/C+/EC+ 編譯器l3CAD-UL Inc.提供一整套工具開發(fā)X86和68K 。l4Wind Ri

4、ver Systems, Inc.的Diab C/C+ Compiler Suite，運(yùn)用于pSOS系統(tǒng)。l5IBM 的High C/C+ Compiler ，針對Power PC。l6GNU組織的免費(fèi)編譯器GCC 1.1.2 調(diào)試器調(diào)試器l遠(yuǎn)程調(diào)試 l調(diào)試器還是運(yùn)轉(zhuǎn)于通用桌面操作系統(tǒng)的運(yùn)用程序，被調(diào)試的程序那么運(yùn)轉(zhuǎn)于基于特定硬件平臺的嵌入式操作系統(tǒng)目的操作系統(tǒng)。 問題：問題：l調(diào)試器與被調(diào)試程序如何通訊l被調(diào)試程序產(chǎn)生異常如何及時通知調(diào)試器l調(diào)試器如何控制、訪問被調(diào)試程序l調(diào)試器如何識別有關(guān)被調(diào)試程序的多義務(wù)信息并控制某一特定義務(wù)l調(diào)試器如何處置某些與目的硬件平臺相關(guān)的信息如目的平臺的存放器

5、信息、機(jī)器代碼的反匯編等。 兩種遠(yuǎn)程調(diào)試的方案兩種遠(yuǎn)程調(diào)試的方案l一一 插樁插樁stubl二二 片上調(diào)試片上調(diào)試On Chip Debugging1.1.2.1 插樁插樁stub l在目的操作系統(tǒng)和調(diào)試器內(nèi)分別參與某些功能在目的操作系統(tǒng)和調(diào)試器內(nèi)分別參與某些功能模塊，二者互通訊息來進(jìn)展調(diào)試。模塊，二者互通訊息來進(jìn)展調(diào)試。步驟步驟l調(diào)試器與被調(diào)試程序的通訊調(diào)試器與目的操作系統(tǒng)經(jīng)過指定通訊端口串口、網(wǎng)卡、并口遵照遠(yuǎn)程調(diào)試協(xié)議進(jìn)展通訊。 l被調(diào)試程序產(chǎn)生異常及時通知調(diào)試器目的操作系統(tǒng)的一切異常處置最終都要轉(zhuǎn)向通訊模塊，告知調(diào)試器當(dāng)前的異常號；調(diào)試器據(jù)此向用戶顯示被調(diào)試程序產(chǎn)生了哪一類異常。 l調(diào)試器

6、控制、訪問被調(diào)試程序調(diào)試器的這類懇務(wù)虛際上都將轉(zhuǎn)換成對被調(diào)試程序的地址空間或目的平臺的某些存放器的訪問，目的操作系統(tǒng)接納到這樣的懇求可以直接處置。對于沒有虛擬存儲概念的簡單的嵌入式操作系統(tǒng)而言，完成這些義務(wù)非常容易。 l調(diào)試器識別有關(guān)被調(diào)試程序的多義務(wù)信息并控制某一特定義務(wù)由目的操作系統(tǒng)提供相關(guān)接口。目的系統(tǒng)根據(jù)調(diào)試器發(fā)送的關(guān)于多義務(wù)的懇求，調(diào)用該接口提供相應(yīng)信息或針對某一特定義務(wù)進(jìn)展控制，并前往信息給調(diào)試器。 l調(diào)試器處置與目的硬件平臺相關(guān)的信息第2條所述調(diào)試器應(yīng)能根據(jù)異常號識別目的平臺產(chǎn)生異常的類型也屬于這一范疇，這類任務(wù)完全可以由調(diào)試器獨(dú)立完成。支持多種目的平臺正是GNU GDB的一大特

7、征。 目的操作系統(tǒng)支持目的操作系統(tǒng)支持l遠(yuǎn)程調(diào)試協(xié)議的通訊模塊包括簡單的設(shè)備驅(qū)遠(yuǎn)程調(diào)試協(xié)議的通訊模塊包括簡單的設(shè)備驅(qū)動動l多義務(wù)調(diào)試接口多義務(wù)調(diào)試接口l改寫異常處置的有關(guān)部分改寫異常處置的有關(guān)部分l定義一個設(shè)置斷點(diǎn)的函數(shù)定義一個設(shè)置斷點(diǎn)的函數(shù)目的操作系統(tǒng)添加的這些模塊統(tǒng)稱為目的操作系統(tǒng)添加的這些模塊統(tǒng)稱為“插樁插樁駐留于駐留于ROM中那么稱為中那么稱為ROM monitorl通用操作系統(tǒng)也有具備這類模塊通用操作系統(tǒng)也有具備這類模塊l編譯運(yùn)轉(zhuǎn)于編譯運(yùn)轉(zhuǎn)于Alpha、Sparc或或PowerPC平平臺的臺的LINUX內(nèi)核時假設(shè)將內(nèi)核時假設(shè)將kgdb開關(guān)翻開，開關(guān)翻開，就相當(dāng)于參與了插樁。就相當(dāng)于參

8、與了插樁。調(diào)試過程調(diào)試過程Stub的本質(zhì)的本質(zhì)l軟件接納目的系統(tǒng)的全部異常處置軟件接納目的系統(tǒng)的全部異常處置exception handler及部分中斷處置及部分中斷處置l在其中插入調(diào)試端口通訊模塊，與主機(jī)的調(diào)試在其中插入調(diào)試端口通訊模塊，與主機(jī)的調(diào)試器交互器交互l不用于正式發(fā)布的調(diào)試版不用于正式發(fā)布的調(diào)試版1.1.2.2.片上調(diào)試片上調(diào)試On Chip Debuggingl片上調(diào)試是在處置器內(nèi)部嵌入額外的控制模塊，片上調(diào)試是在處置器內(nèi)部嵌入額外的控制模塊，當(dāng)滿足了一定的觸發(fā)條件時進(jìn)入某種特殊形狀當(dāng)滿足了一定的觸發(fā)條件時進(jìn)入某種特殊形狀l在該形狀下，被調(diào)試程序停頓運(yùn)轉(zhuǎn)，主機(jī)的調(diào)在該形狀下，被調(diào)

9、試程序停頓運(yùn)轉(zhuǎn)，主機(jī)的調(diào)試器可以經(jīng)過處置器外部特設(shè)的通訊接口訪問試器可以經(jīng)過處置器外部特設(shè)的通訊接口訪問各種資源存放器、存儲器等并執(zhí)行指令。各種資源存放器、存儲器等并執(zhí)行指令。l主機(jī)通訊端口與目的板調(diào)試通訊接口主機(jī)通訊端口與目的板調(diào)試通訊接口l信號轉(zhuǎn)換電路板銜接信號轉(zhuǎn)換電路板銜接內(nèi)嵌的控制模塊l以基于微碼的監(jiān)控器以基于微碼的監(jiān)控器microcode monitor或或純硬件資源的方式存在純硬件資源的方式存在l包括一些提供應(yīng)用戶的接口如斷點(diǎn)存放器等包括一些提供應(yīng)用戶的接口如斷點(diǎn)存放器等l詳細(xì)產(chǎn)品有詳細(xì)產(chǎn)品有Motorola CPU16、CPU32、Coldfire系列的系列的BDMBackgro

10、und Debug Mode，Motorola PowerPC 5xx、8xx系列系列的的EPBDMEmbedded PowerPC Background Debug Mode，IBM、TI的的JTAGJoint Test Action Debug，IEEE規(guī)規(guī)范，還有范，還有OnCE、MPSD等等。等等。EPBDM的執(zhí)行流程l相當(dāng)于用途置器內(nèi)嵌的調(diào)試模塊接納中斷及異常處置。相當(dāng)于用途置器內(nèi)嵌的調(diào)試模塊接納中斷及異常處置。l用戶經(jīng)過設(shè)置調(diào)試答應(yīng)存放器用戶經(jīng)過設(shè)置調(diào)試答應(yīng)存放器debug enable register來指定哪些中斷或異常發(fā)生后處置器直接來指定哪些中斷或異常發(fā)生后處置器直接進(jìn)入調(diào)

11、試形狀，而不是操作系統(tǒng)的處置程序。進(jìn)入調(diào)試形狀，而不是操作系統(tǒng)的處置程序。l1、進(jìn)入調(diào)試形狀后，內(nèi)嵌調(diào)試模塊向外部調(diào)試通訊、進(jìn)入調(diào)試形狀后，內(nèi)嵌調(diào)試模塊向外部調(diào)試通訊接口發(fā)出信號，通知不斷在通訊接口監(jiān)聽的主機(jī)調(diào)試接口發(fā)出信號，通知不斷在通訊接口監(jiān)聽的主機(jī)調(diào)試器器l2、調(diào)試器便可經(jīng)過調(diào)試模塊使處置器執(zhí)行恣意系統(tǒng)、調(diào)試器便可經(jīng)過調(diào)試模塊使處置器執(zhí)行恣意系統(tǒng)指令相當(dāng)于特權(quán)態(tài)。指令相當(dāng)于特權(quán)態(tài)。l3、一切指令均經(jīng)過調(diào)試模塊獲取，一切、一切指令均經(jīng)過調(diào)試模塊獲取，一切l(wèi)oad/store 均直接訪問內(nèi)存，緩存均直接訪問內(nèi)存，緩存cache及存儲管理單元及存儲管理單元MMU均不可均不可用用l4、數(shù)據(jù)存放器

12、被映射為一個特殊存放器、數(shù)據(jù)存放器被映射為一個特殊存放器DPDR，經(jīng)過，經(jīng)過mtspr和和mfspr指令訪問。指令訪問。l5、調(diào)試器向處置器送、調(diào)試器向處置器送rfi(return from interrupt)指令便終了調(diào)試形狀，被調(diào)試程指令便終了調(diào)試形狀，被調(diào)試程序繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。序繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。OCD的特點(diǎn)的特點(diǎn)l優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：l不占用目的平臺的通訊端口不占用目的平臺的通訊端口l無需修正目的操作系統(tǒng)無需修正目的操作系統(tǒng)l能調(diào)試目的操作系統(tǒng)的啟動過程，大大方便了系統(tǒng)開能調(diào)試目的操作系統(tǒng)的啟動過程，大大方便了系統(tǒng)開發(fā)人員。發(fā)人員。l缺陷：缺陷：l軟件任務(wù)量的添加軟件任務(wù)量的添加l調(diào)試器端除了需補(bǔ)充對目的

13、操作系統(tǒng)多義務(wù)的識別、調(diào)試器端除了需補(bǔ)充對目的操作系統(tǒng)多義務(wù)的識別、控制等模塊控制等模塊l針對運(yùn)用同一芯片的不同開發(fā)板編寫各類針對運(yùn)用同一芯片的不同開發(fā)板編寫各類ROM、RAM的初始化程序。的初始化程序。1.1.2.3 其他調(diào)試器原理其他調(diào)試器原理l代理代理agentl針對針對:實(shí)時系統(tǒng)，延時，監(jiān)視點(diǎn)實(shí)時系統(tǒng)，延時，監(jiān)視點(diǎn)trace pointl處置方法：處置方法：l監(jiān)視點(diǎn)緩沖監(jiān)視點(diǎn)緩沖l命中監(jiān)視點(diǎn)，自動喚醒代理，存儲數(shù)據(jù)到緩沖命中監(jiān)視點(diǎn)，自動喚醒代理，存儲數(shù)據(jù)到緩沖l代理無需通訊代理無需通訊l實(shí)時監(jiān)視的可行方案實(shí)時監(jiān)視的可行方案lCPU支持串行任務(wù)支持串行任務(wù)l針對指令緩沖針對指令緩沖1.1

14、.2.4典型調(diào)試器典型調(diào)試器lApplied Microsystems Corp 的AMC System Debug Tools CodeWarriorlSignum Systems Corp. 的Chameleon Debugger lWind River Systems, Inc. 的SingleStep /Tornado Debugger 1.1.3 測試器測試器 l嵌入式微處置器測試嵌入式微處置器測試l基準(zhǔn)聯(lián)盟EEMBCEDN Embedded Microprocessor Benchmark Consortium lEEMBC的測試規(guī)范：40多種用于消費(fèi)類產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)、辦公自動化及電信

15、產(chǎn)品、汽車和工業(yè)產(chǎn)品的C言語綜合算法。 l僅憑硬件測試工具來自動記錄嵌入式系統(tǒng)的完好測試結(jié)果是不能夠的常見測試工具常見測試工具lApplied Microsystems Corp. 的CodeTEST，擁有性能分析、內(nèi)存分析、代碼跟蹤和高級覆蓋率分析四大功能模塊。單元級、集成級和系統(tǒng)級測試 。 lVector Software, Inc的VectorCAST，功能涵蓋環(huán)境構(gòu)造器、測試用例產(chǎn)生器、執(zhí)行管理器、測試報告產(chǎn)生器、代碼覆蓋率、靜態(tài)分析 1.2 仿真開發(fā)仿真開發(fā)l非硬件平臺開發(fā)l1源程序模擬器(Simulator)l2實(shí)時在線仿真系統(tǒng)ICE 1.2.1 1.2.1 源程序模擬器源程序模擬

16、器(Simulator)(Simulator)l簡單的模擬器可以l經(jīng)過指令解釋方式逐條執(zhí)行源程序l分配虛擬存儲空間和外設(shè)l供程序員檢查l高級的模擬器可以：l利用計算機(jī)的外部接口模擬出處置器的I/O電氣信號。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)l模擬器軟件獨(dú)立于處置器硬件l普通與編譯器集成在同一個環(huán)境中l(wèi)有效的源程序檢驗(yàn)和測試工具。 缺陷缺陷l以一種處置器模擬另一種處置器的運(yùn)轉(zhuǎn)，在指令執(zhí)行時間、中斷呼應(yīng)、定時器等方面很能夠與實(shí)踐處置器有相當(dāng)?shù)牟顒el它無法和ICE一樣，仿真嵌入式系統(tǒng)在運(yùn)用系統(tǒng)中的實(shí)踐執(zhí)行情況。 1 SystemView動態(tài)系統(tǒng)仿真軟動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件件 lSystem View提供開發(fā)各種系統(tǒng)的模擬和數(shù)字工

17、具，這些系統(tǒng)包括DSP、信號處置、通訊和控制以及構(gòu)造通用數(shù)字系統(tǒng)模型。lSystem View的環(huán)境包括一套可以選擇的可以添加中心庫功能的用于特殊運(yùn)用的庫。 2WinCE的的Pocket系列模擬系列模擬器器1.2.2實(shí)時在線仿真系統(tǒng)實(shí)時在線仿真系統(tǒng)ICE-仿真器仿真器lICE具有三大功能 lICE排除了設(shè)計邏輯錯誤。經(jīng)過實(shí)踐執(zhí)行，對運(yùn)用程序進(jìn)展原理性檢驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)人的思想不能發(fā)現(xiàn)的問題。lICE可以發(fā)現(xiàn)與排除硬件干擾等引起的異常執(zhí)行行為。經(jīng)過在運(yùn)用系統(tǒng)中仿真微控制器的實(shí)時執(zhí)行，系統(tǒng)的異常執(zhí)行行為得到制止。 l高級的ICE帶有完善的跟蹤功能。它可以將運(yùn)用系統(tǒng)的實(shí)踐形狀變化、微控制器對形狀變化的反

18、響、以及運(yùn)用系統(tǒng)對控制的呼應(yīng)等以一種錄像的方式延續(xù)記錄下來，以供分析，在分析中優(yōu)化控制過程。 ICE不僅是軟件硬件排錯工具，同時不僅是軟件硬件排錯工具，同時也是提高和優(yōu)化系統(tǒng)性能目的的工具也是提高和優(yōu)化系統(tǒng)性能目的的工具 l高檔ICE工具(如美國NOHAU公司的產(chǎn)品)是可根據(jù)用戶投資裁剪功能的系統(tǒng)，亦可根據(jù)需求選擇配置各種檔次的實(shí)時邏輯跟蹤器(Trace)、實(shí)時映象存儲器(Shadow RAM)及程序效率實(shí)時分析功能(PPA)。 常見常見ICElApplied Microsystems Corp. 的CodeICE/EL/CodeTAP/SuperTAP/PowerTAP仿真器 lLauter

19、bach, Inc. 的TRACE32-ICE仿真器 lSignum Systems Corp. 的Signum系列仿真器 lEmbedded Support Tools Corp. 的visionICE仿真器1.4 仿真器與調(diào)試器的功能仿真器與調(diào)試器的功能l內(nèi)存查看l存放器閱讀l單步/斷點(diǎn)設(shè)置l跟蹤l程序下載執(zhí)行l(wèi)Flash燒寫l操作系統(tǒng)義務(wù)級形狀查看1.5 仿真器與調(diào)試器的歷史仿真器與調(diào)試器的歷史l全仿真器l 運(yùn)用硬件仿真芯片和仿真內(nèi)存，銜接困難，價錢昂貴。l如常見的51仿真器.lRom monitorl 調(diào)試器的一場革命，最廉價的一種方式，燒入lFlash的一段小程序，可經(jīng)過串/并/et

20、hernet口調(diào)試仿真器與調(diào)試器的歷史仿真器與調(diào)試器的歷史lRom仿真器l 經(jīng)過銜接目的系統(tǒng)上的Rom插座，實(shí)現(xiàn)虛擬串/ethernet口和Rom monitor.與Rom下載器不同。lRom monitor 與Rom仿真器的優(yōu)點(diǎn)：lCpu 無關(guān)，下載程序速度快。l價錢廉價。lmonitor程序的“雞，蛋悖論l Rom仿真器對C/C+開發(fā)環(huán)境的支持很重要。仿真器與調(diào)試器的歷史仿真器與調(diào)試器的歷史lBDMl背景調(diào)試方式，由motorola提出，把相應(yīng)調(diào)試微碼放入處置器，運(yùn)用高速串口進(jìn)展訪問。rom monitor的進(jìn)一步擴(kuò)展lJTAGl 邊境掃描協(xié)議，是IEEE規(guī)范，目前是主流。使外界可以訪問A

21、SIC內(nèi)部存放器的技術(shù)。仿真器與調(diào)試器的歷史仿真器與調(diào)試器的歷史lBDM&JTAG調(diào)試器，與仿真器的區(qū)別。l同樣可以直接控制處置器硬件，在單板的硬件調(diào)試才干比rom monitor強(qiáng)。l價錢廉價/銜接方便l仿真器運(yùn)用仿真內(nèi)存，調(diào)試器需求目的板。l 仿真器支持硬件斷點(diǎn)才干強(qiáng)l仿真器可以支持trace功能，排錯才干強(qiáng)2. 主要開發(fā)工具主要開發(fā)工具序號稱號開發(fā)商簡介1C A D - U L WorkbenchCAD-UL Inc.對X86系列CPU的開發(fā)環(huán)境和工具處于業(yè)界領(lǐng)先位置。2CodeWarrior* IDEMetrowerks Inc. 提供一致的圖形用戶界面來集成各種開發(fā)工具，支持多種主機(jī)

22、平臺、多種編程言語、多種處置器和多種實(shí)時操作系統(tǒng)，稱為下一代集成開發(fā)環(huán)境。3L a m b d a TOOL北京科銀京成技術(shù)一套集成的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和調(diào)試環(huán)境，配合嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)DeltaOS而推出，但同時也支持其它嵌入式操作系統(tǒng)與運(yùn)用程序的開發(fā)。4Lynx PosixWorksLynx Real-Time Systems 配合LynxOS實(shí)時操作系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境5M U LT I * IDEGreen Hills Software, Inc.高度集成化的嵌入式開發(fā)環(huán)境，支持多種編程言語，支持多種目的系統(tǒng)的遠(yuǎn)程調(diào)試，支持團(tuán)隊開發(fā)。6pRISM+Wind River Systems, Inc.

23、PRISM+是一個集成多種嵌入式運(yùn)用系統(tǒng)開發(fā)、分析、測試工具的綜合開發(fā)環(huán)境，是與pSOS實(shí)時操作系統(tǒng)結(jié)合得最嚴(yán)密的集成開發(fā)環(huán)境。7WH5307SDK珠海萬禾網(wǎng)絡(luò)技術(shù)嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)套件，包含開發(fā)嵌入式Linux所需的一切硬件、軟件和工具。2. 1 MontaVista Linuxl跨平臺開發(fā)，它支持14個主機(jī)開發(fā)環(huán)境，包括Red Hat、Yellow Dog Linux、SuSE、Mandrake、Solaris以及VMWare on Windows NT/2000l本提供了215多個主機(jī)配套工具和嵌入式目的平臺開發(fā)組件軟件包l擴(kuò)展了針對嵌入式跨平臺開發(fā)的各類開放源代碼工具的支持l支持x86和PowerPC平臺的Linux跟蹤工具包括內(nèi)核性能和執(zhí)行分析器lext3日志文件系統(tǒng)2.2 CodeWarrior* IDE l提供