軟硬件協(xié)同開(kāi)發(fā)的應(yīng)對(duì)方案

當(dāng)然，對(duì)于動(dòng)態(tài)的硬件平臺(tái)而言，一次性導(dǎo)出不是完整的解決方案，還必須提供無(wú)縫更新設(shè)計(jì)的特性，而且不會(huì)破壞應(yīng)用。對(duì)于支持庫(kù)的IDE來(lái)說(shuō)，更新過(guò)程很簡(jiǎn)單，因?yàn)樵O(shè)計(jì)可被拆分為應(yīng)用項(xiàng)目和配置庫(kù)，這就能將應(yīng)用完全隔離開(kāi)來(lái)，而且能讓包含配置數(shù)據(jù)和HAL的硬件庫(kù)在設(shè)計(jì)變化時(shí)自動(dòng)更新。

圖3:以上導(dǎo)出的系統(tǒng)控制器項(xiàng)目在Keil μVision中打開(kāi)，可用于應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

　　3、超越軟件范疇的調(diào)試

　　設(shè)計(jì)人員所需的第三個(gè)特性就是改進(jìn)調(diào)試。在現(xiàn)代化器件中，“處理器”的定義不僅限于CPU的寄存器和指令集。處理器芯片集成了各種額外的片上功能，比如說(shuō)常見(jiàn)的通信模塊和標(biāo)準(zhǔn)接口，此外還包括無(wú)所不在的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，以及為軟件提供數(shù)字接口的模擬功能，有時(shí)也包括定制邏輯和可切換的路由功能等。這種可定制性說(shuō)到底正是們最初選擇協(xié)同設(shè)計(jì)的原因所在。調(diào)試器如果只支持CPU,就會(huì)讓軟件開(kāi)發(fā)人員非常失望。們需要圍繞硬件認(rèn)真解決以下問(wèn)題：硬件啟動(dòng)了嗎？時(shí)鐘啟動(dòng)并穩(wěn)定了嗎？外設(shè)在正常工作嗎？通信模塊是否生成中斷？能否發(fā)送和接收數(shù)據(jù)？能否在內(nèi)部總線上正常工作？

　　如果這聽(tīng)起來(lái)就夠嚇人的話，還沒(méi)說(shuō)到從調(diào)試器改變硬件呢，這其實(shí)是讓人的角色在迫害者和受害者之間轉(zhuǎn)變。需要符號(hào)化外設(shè)硬件的存取方式，這樣就能監(jiān)控和控制影響應(yīng)用的狀態(tài)變化。

　　當(dāng)然，符號(hào)信息必須從硬件工具中生成，就好像上述HAL一樣。通過(guò)簡(jiǎn)單添加這一點(diǎn)，調(diào)試過(guò)程就變得更加簡(jiǎn)單，功能也更加強(qiáng)大了。之所以說(shuō)更簡(jiǎn)單，是因?yàn)閭儾辉傩枰恢辈樵兾臋n去尋找并確認(rèn)調(diào)試器中要注意哪些關(guān)鍵寄存器的地址了。而之所以說(shuō)更強(qiáng)大，是因?yàn)楝F(xiàn)在它能支持更為復(fù)雜的調(diào)試。除了快速獲得外設(shè)模塊狀態(tài)快照之外，有時(shí)們還能從調(diào)試器控制功能塊，無(wú)需編寫(xiě)代碼以編程方式重建情境就能了解情境工作的具體情況。

　　交換此信息的典型方法就是讓IDE使用由硬件工具生成的XML文件。ARM CMSIS-SVD（軟件接口標(biāo)準(zhǔn)--系統(tǒng)視圖描述）標(biāo)準(zhǔn)就是一個(gè)很好的例子。它是基于XML的硬件描述，旨在讓調(diào)試器支持高度集成的微控制器。CMSIS是一種面向ARM Cortex微控制器的HAL的標(biāo)準(zhǔn)定義，得到了眾多廠商的廣泛采用。SVD擴(kuò)展主要針對(duì)硬件描述，如寄存器、存儲(chǔ)器、外設(shè)等，讓從事可編程系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的人員真正地大獲裨益。

　　圖4:這是一小段XML,介紹了賽普拉斯PSoC Creator調(diào)試器有關(guān)CAN實(shí)施中一個(gè)寄存器的情況。CAN_CSR_ERR_SR寄存器的地址、大小和描述均已定義，在寄存器中有5個(gè)字段，定義了名稱、大小和存取權(quán)限。

　　共享硬件定義的一個(gè)重要因素就是能夠定義外設(shè)寄存器，進(jìn)而言之，則能提供面向寄存器中字段的存取權(quán)限，從而確保調(diào)試器認(rèn)真對(duì)待讀/寫(xiě)可修改的位。硬件給們提供clear-on-read位和zero-to-toggle位以及各種其它晶體管能夠感應(yīng)但是軟件很難應(yīng)付的狀態(tài)處理接口。只有對(duì)硬件進(jìn)行良好的機(jī)器生成定義，們才能保證用戶在外設(shè)模塊上調(diào)試寄存器或個(gè)別位時(shí)不至于浪費(fèi)時(shí)間，或?qū)е乱馔饨Y(jié)果。

　　有了可編程硬件的高級(jí)視圖，們不僅能檢查狀態(tài)寄存器和錯(cuò)誤狀態(tài)，還能實(shí)現(xiàn)更多功能。舉例來(lái)說(shuō)，如果硬件支持寄存器控制的開(kāi)關(guān)，能實(shí)現(xiàn)外設(shè)I/O到器件引腳的靈活路由，那么軟件開(kāi)發(fā)人員就能從調(diào)試器操控器件的內(nèi)部布線！有些人聽(tīng)到這里可能感覺(jué)有些嚇人，不過(guò)如果SVD信息正確生成，那么們就能限制允許的變化，確保“安全的”編輯，比如說(shuō)數(shù)字信號(hào)上的多路復(fù)用器通道選擇或兩個(gè)物理引腳之間的模擬輸入切換。

　　硬件工具為軟件開(kāi)發(fā)人員生成調(diào)試信息，有望顯著縮短應(yīng)用開(kāi)發(fā)時(shí)間。不僅如此，重要的是，們還有機(jī)會(huì)在早期檢測(cè)出硬件設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，因?yàn)檐浖_(kāi)發(fā)人員發(fā)現(xiàn)混亂和代碼重寫(xiě)的不正常情況下更有可能發(fā)現(xiàn)意料之外的行為。

　　4、面向可編程器件的完整產(chǎn)品

　　現(xiàn)在，“完整產(chǎn)品”的概念已得到充分地理解和廣泛地接受，也成了成功的重要因素。只有最佳的工具或最出色的芯片已經(jīng)不夠了。們今天使用的可編程解決方案形式多樣：可能是全定制的ASIC,其在高度專業(yè)化的解決方案中集成了ARM內(nèi)核和多個(gè)IP模塊；也可能是更加通用的平臺(tái)，其集成了可編程芯片和設(shè)計(jì)工具，諸如Altera和賽靈思推出的FPGA解決方案，或賽普拉斯半導(dǎo)體公司推出的PSoC器件等。雖然這些環(huán)境千差萬(wàn)別，但都面臨著同樣的問(wèn)題--不能將硬件修改有效地遷移到軟件領(lǐng)域，從而影響應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

　　認(rèn)為，這個(gè)問(wèn)題的根源在于項(xiàng)目中使用的硬件設(shè)計(jì)工具和IDE采用了狹隘的方法。像這樣的軟件狂人（開(kāi)玩笑）總喜歡把所有問(wèn)題都?xì)w咎于硬件工具和工程師，但事實(shí)上硬件工具和軟件工具集都太過(guò)偏向于他們特定的領(lǐng)域了。很難見(jiàn)到二者添加了以上提到的特性，因?yàn)檫@些特性跟其各自的客戶好像沒(méi)什么關(guān)系。相信這種局面正在發(fā)生變化，PSoC Creator等產(chǎn)品支持在可編程硬件上進(jìn)行器件配置同時(shí)還集成第三方IDE（如ARM的Keil μVision IDE）的工具會(huì)不斷發(fā)展。在工程師首選的IDE中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用開(kāi)發(fā)，同時(shí)讓工具獲得獨(dú)有的強(qiáng)大信息并控制硬件平臺(tái)，這顯然是更高效進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、加速產(chǎn)品上市進(jìn)程的必由之路。與此同時(shí)，減少對(duì)工程師的折磨也不失為一件大好事！