SPARC高性能處理器集成開(kāi)發(fā)環(huán)境及其編譯器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　引言

　　今天嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)不再局限于只能由相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的專(zhuān)家來(lái)完成，各種優(yōu)秀集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)可大大降低工程人員的開(kāi)發(fā)門(mén)檻[1]，使嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)變得相對(duì)簡(jiǎn)單。目前，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)使用的開(kāi)發(fā)平臺(tái)多種多樣，從ARM公司的SDT到ADS，再到RVDS，以及風(fēng)河公司的Tornado和其他公司提供的各種專(zhuān)用開(kāi)發(fā)工具;這些IDE一般都是由文件管理器、編譯器、匯編器、鏈接器、調(diào)試器等組件和工具組成。在這些開(kāi)發(fā)環(huán)境中，編譯程序起著核心作用，鏈接程序、調(diào)試程序、程序管理等工具直接依靠編譯程序所產(chǎn)生的結(jié)果工作，而且其它工具的構(gòu)造也常常要用到編譯的原理、方法和技術(shù)，因此，IDE與編譯器是密不可分的。

　　本文針對(duì)空間SPARC高性能處理器的IDE及其C編譯器進(jìn)行研究，從而完成SPARC處理器的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

　　處理器體系構(gòu)架

　　空間SPARC高性能處理器是一款SPARC v8兼容[1-3]的高性能SoC(圖1)，它在片上包含整數(shù)處理單元、浮點(diǎn)處理單元、獨(dú)立的指令和數(shù)據(jù)Cache、硬件乘法器和除法器等，具有支持PROM、SM、SDM和I/O映射空間訪問(wèn)的外部存儲(chǔ)器控制器，并有軟件可控的省電工作模式，還有可實(shí)現(xiàn)PCI主機(jī)橋(Host bridge)和從屬橋(Guestbridge)功能的PCI控制器等，只要加上存儲(chǔ)器和與應(yīng)用相關(guān)的外圍電路，就可以構(gòu)成完整的單板計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

　　集成開(kāi)發(fā)環(huán)境

　　好的IDE可以提供設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證、分析、并行開(kāi)發(fā)的能力，嵌入式系統(tǒng)IDE更是整合了各方資源于一身。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)彼此之間是相互聯(lián)系的，設(shè)計(jì)的好壞要在仿真和驗(yàn)證后才知道，仿真驗(yàn)證的數(shù)據(jù)又可以反過(guò)來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)，所以單純的隔離設(shè)計(jì)并不一定合理，集成環(huán)境可使設(shè)計(jì)者和驗(yàn)證者共享數(shù)據(jù)，彼此之間協(xié)同工作。

　　總體設(shè)計(jì)

　　SPARC嵌入式IDE能提供給系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工程師一個(gè)比較完備的、易用的開(kāi)發(fā)工具(圖2)，主要功能如下：應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，包括編輯、編譯;應(yīng)用程序調(diào)試;軟件工程管理;軟件仿真環(huán)境;操作系統(tǒng)配置管理;集成環(huán)境配置管理。

　　集成開(kāi)發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)

　　作為高性能控制SPARC高性能處理器的專(zhuān)用集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境SPE-C(圖3)，使用C語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言，運(yùn)用SPARC V8平臺(tái)適用的BMSPARC編譯套件，能在本地Win32的環(huán)境下運(yùn)行。它具備集成開(kāi)發(fā)環(huán)境所有必要的功能，包括集成的源代碼編輯、工程管理、編譯調(diào)試、環(huán)境設(shè)置等功能，方便用戶(hù)基于SPARC v8兼容處理器的應(yīng)用開(kāi)發(fā)和程序調(diào)試。它還具有一般開(kāi)發(fā)環(huán)境所具有的易用性和方便性。調(diào)試部分功能包括斷點(diǎn)、逐語(yǔ)句/過(guò)程運(yùn)行、查看和修改寄存器/存儲(chǔ)器/片上寄存器、指令跟蹤等，實(shí)現(xiàn)了調(diào)用棧和變量的查看等。

　　BMSPARC編譯器

　　BMSPARC是基于GNU工具鏈并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的一款編譯器套件。其中編譯器是將一種語(yǔ)言編譯成為另一種語(yǔ)言的計(jì)算機(jī)程序，該程序以源語(yǔ)言編寫(xiě)的程序作為輸入，翻譯生成等價(jià)的目標(biāo)語(yǔ)言程序。編譯器可分成只依賴(lài)于源語(yǔ)言的編譯器前端和只依賴(lài)于目標(biāo)語(yǔ)言的編譯器后端兩大部分。前端主要對(duì)源代碼進(jìn)行掃描、語(yǔ)法分析和語(yǔ)義分析，生成中間代碼;而后端主要是優(yōu)化器和代碼生成器。在進(jìn)行基于SPARC的嵌入式軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)之前，要先建立交叉編譯環(huán)境。目標(biāo)機(jī)的交叉編譯環(huán)境是一個(gè)由編譯器、鏈接器和解釋器組成的綜合開(kāi)發(fā)環(huán)境，主要由 binutils、gcc 和glibc 幾個(gè)部分組成。有時(shí)出于減小libc 庫(kù)大小的考慮，也可以用別的 c庫(kù)來(lái)代替 glibc，例如 uClibc、dietlibc和 newlib。建立一個(gè)交叉編譯工具鏈?zhǔn)且粋€(gè)復(fù)雜的過(guò)程，交叉編譯器的最終成功運(yùn)行，取決于很多因素，包括：主機(jī)系統(tǒng)配置、GNU工具版本配合、參數(shù)配置、庫(kù)選擇等，一個(gè)成功的、穩(wěn)定的交叉編譯環(huán)境是需要花費(fèi)大量時(shí)間的，幸運(yùn)的是現(xiàn)在針對(duì)很多處理器都有比較成熟和穩(wěn)定的編譯配置。