嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)之：嵌入式軟件開發(fā)流程

這里一般將進(jìn)行交叉編譯的主機(jī)稱為宿主機(jī)，也就是普通的通用PC，而將程序?qū)嶋H的運(yùn)行環(huán)境稱為目標(biāo)機(jī)，也就是嵌入式系統(tǒng)環(huán)境。由于一般通用計(jì)算機(jī)擁有非常豐富的系統(tǒng)資源、使用方便的集成開發(fā)環(huán)境和調(diào)試工具等，而嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)資源非常緊缺，無法在其上運(yùn)行相關(guān)的編譯工具，因此，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)需要借助宿主機(jī)（通用計(jì)算機(jī)）來編譯出目標(biāo)機(jī)的可執(zhí)行代碼。

由于編譯的過程包括編譯、鏈接等幾個(gè)階段，因此，嵌入式的交叉編譯也包括交叉編譯、交叉鏈接等過程，通常ARM的交叉編譯器為arm-elf-gcc、arm-linux-gcc等，交叉鏈接器為arm-elf-ld、arm-linux-ld等，交叉編譯過程如圖4.18所示。

2．交叉調(diào)試

嵌入式軟件經(jīng)過編譯和鏈接后即進(jìn)入調(diào)試階段，調(diào)試是軟件開發(fā)過程中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，嵌入式軟件開發(fā)過程中的交叉調(diào)試與通用軟件開發(fā)過程中的調(diào)試方式有很大的差別。在常見軟件開發(fā)中，調(diào)試器與被調(diào)試的程序往往運(yùn)行在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，調(diào)試器是一個(gè)單獨(dú)運(yùn)行著的進(jìn)程，它通過操作系統(tǒng)提供的調(diào)試接口來控制被調(diào)試的進(jìn)程。而在嵌入式軟件開發(fā)中，調(diào)試時(shí)采用的是在宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)之間進(jìn)行的交叉調(diào)試，調(diào)試器仍然運(yùn)行在宿主機(jī)的通用操作系統(tǒng)之上，但被調(diào)試的進(jìn)程卻是運(yùn)行在基于特定硬件平臺(tái)的嵌入式操作系統(tǒng)中，調(diào)試器和被調(diào)試進(jìn)程通過串口或者網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，調(diào)試器可以控制、訪問被調(diào)試進(jìn)程，讀取被調(diào)試進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)，并能夠改變被調(diào)試進(jìn)程的運(yùn)行狀態(tài)。

嵌入式系統(tǒng)的交叉調(diào)試有多種方法，主要可分為軟件方式和硬件方式兩種。它們一般都具有如下一些典型特點(diǎn)。

n 調(diào)試器和被調(diào)試進(jìn)程運(yùn)行在不同的機(jī)器上，調(diào)試器運(yùn)行在PC機(jī)（宿主機(jī)），而被調(diào)試的進(jìn)程則運(yùn)行在各種專業(yè)調(diào)試板上（目標(biāo)板）。

n 調(diào)試器通過某種通信方式（串口、并口、網(wǎng)絡(luò)、JTAG等）控制被調(diào)試進(jìn)程。

n 在目標(biāo)機(jī)上一般會(huì)具備某種形式的調(diào)試代理，它負(fù)責(zé)與調(diào)試器共同配合完成對(duì)目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行著的進(jìn)程的調(diào)試。這種調(diào)試代理可能是某些支持調(diào)試功能的硬件設(shè)備，也可能是某些專門的調(diào)試軟件（如gdbserver）。

n 目標(biāo)機(jī)可能是某種形式的系統(tǒng)仿真器，通過在宿主機(jī)上運(yùn)行目標(biāo)機(jī)的仿真軟件，整個(gè)調(diào)試過程可以在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。此時(shí)物理上雖然只有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，但邏輯上仍然存在著宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的區(qū)別。

下面分別就軟件調(diào)試樁方式和硬件片上調(diào)試兩種方式進(jìn)行詳細(xì)介紹。

（1）軟件方式。

軟件調(diào)試主要是通過插入調(diào)試樁的方式來進(jìn)行的。調(diào)試樁方式進(jìn)行調(diào)試是通過目標(biāo)操作系統(tǒng)和調(diào)試器內(nèi)分別加入某些功能模塊，二者互通信息來進(jìn)行調(diào)試。該方式的典型調(diào)試器有g(shù)db調(diào)試器。

gdb的交叉調(diào)試器分為GdbServer和GdbClient，其中的GdbServer就作為調(diào)試樁在安裝在目標(biāo)板上，GdbClient就是駐于本地的gdb調(diào)試器。它們的調(diào)試原理圖如圖4.19所示。

gdb調(diào)試的工作流程。

n 首先，建立調(diào)試器（本地gdb）與目標(biāo)操作系統(tǒng)的通信連接，可通過串口、網(wǎng)卡、并口等多種方式。

n 然后，在目標(biāo)機(jī)上開啟GdbServer進(jìn)程，并監(jiān)聽對(duì)應(yīng)端口。

n 在宿主機(jī)上運(yùn)行調(diào)試器gdb，這時(shí)，gdb就會(huì)自動(dòng)尋找遠(yuǎn)端的通信進(jìn)程，也就是GdbServer的所在進(jìn)程。

n 在宿主機(jī)上的gdb通過GdbServer請(qǐng)求對(duì)目標(biāo)機(jī)上的程序發(fā)出控制命令。這時(shí)，GdbServer將請(qǐng)求轉(zhuǎn)化為程序的地址空間或目標(biāo)平臺(tái)的某些寄存器的訪問，這對(duì)于沒有虛擬存儲(chǔ)器的簡(jiǎn)單的嵌入式操作系統(tǒng)而言，是十分容易的。

n GdbServer把目標(biāo)操作系統(tǒng)的所有異常處理轉(zhuǎn)向通信模塊，并告知宿主機(jī)上gdb當(dāng)前有異常。

n 宿主機(jī)上的gdb向用戶顯示被調(diào)試程序產(chǎn)生了哪一類異常。

這樣就完成了調(diào)試的整個(gè)過程。這個(gè)方案的實(shí)質(zhì)是用軟件接管目標(biāo)機(jī)的全部異常處理及部分中斷處理，并在其中插入調(diào)試端口通信模塊，與主機(jī)的調(diào)試器進(jìn)行交互。但是它只能在目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)初始化完畢、調(diào)試通信端口初始化完成后才能起作用，因此，一般只能用于調(diào)試運(yùn)行于目標(biāo)操作系統(tǒng)之上的應(yīng)用程序，而不宜用來調(diào)試目標(biāo)操作系統(tǒng)的內(nèi)核代碼及啟動(dòng)代碼。而且，它必須改變目標(biāo)操作系統(tǒng)，因此，也就多了一個(gè)不用于正式發(fā)布的調(diào)試版。