模擬器開發(fā)以及嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)試

一、模擬器的開發(fā)

1．  什么是模擬器

　　模擬器是一組應(yīng)用程序，它運(yùn)行于一個OS之上（linux或windows），提供對目標(biāo)板功能的模擬，包括中斷系統(tǒng)，RAM，F(xiàn)LASH系統(tǒng)，以及目標(biāo)OS到宿主OS任務(wù)的映射。

2．  模擬器與虛擬機(jī)的區(qū)別

　　模擬器不同于虛擬機(jī)，虛擬機(jī)從設(shè)備的角度來模擬一個目標(biāo)板，微細(xì)到提供對每條處理器指令的支持，而模擬器則從功能的角度進(jìn)行模擬，重點(diǎn)在于對目標(biāo)OS運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視，以及執(zhí)行邏輯的監(jiān)視。方便調(diào)試系統(tǒng)內(nèi)核，以及開發(fā)初期的可行性調(diào)研。另外模擬器是在C語言級別上提供模擬，所以無論目標(biāo)OS基于什么CPU，只要是C語言寫的，模擬器就能提供對它的模擬。

3．  如何在windows環(huán)境下開發(fā)模擬器

3.1．模擬器的基本構(gòu)造

　　一個基本的模擬器只要提供對中斷系統(tǒng)的模擬，任務(wù)映射的模擬，內(nèi)存以及堆棧的模擬就可以在其上面運(yùn)行嵌入式實(shí)時內(nèi)核了，當(dāng)然我們還需要一個輸入輸出的設(shè)備，來干預(yù)及監(jiān)視嵌入式內(nèi)核的運(yùn)行。

3.2．中斷系統(tǒng)

　　中斷系統(tǒng)是模擬器的核心，因為任務(wù)的調(diào)度本質(zhì)上都是通過中斷完成的（非搶占式系統(tǒng)例外）。以simuos為例，有8個中斷源，包括異常、時鐘、串口、鍵盤等。為了減輕模擬器的負(fù)擔(dān)，實(shí)際上只產(chǎn)生一個中斷事件，然后通過查詢的方式來進(jìn)行中斷的路由。

3.3．任務(wù)映射

　　任務(wù)映射是模擬器與虛擬機(jī)的主要區(qū)別，虛擬機(jī)不需要任務(wù)映射，因此它也不可能了解嵌入式內(nèi)核的運(yùn)行邏輯與運(yùn)行狀態(tài)，只能通過觀察寄存器來推斷。而模擬器將每一個目標(biāo)OS的任務(wù)都記錄下來，然后統(tǒng)一管理它們的運(yùn)行，而達(dá)到監(jiān)視和干預(yù)的目的。

3.4．其他

LCD和鍵盤的模擬。

二、實(shí)時內(nèi)核移植

1．  移植的前提

    移植的唯一前提是我們必須擁有目標(biāo)OS的源代碼。

2．  移植時的注意事項

注意中斷系統(tǒng)的掛接，注意任務(wù)管理器的安裝。

3．  以ucosii舉例（搶占式）

　　ucosii為優(yōu)先級搶占式實(shí)時系統(tǒng)內(nèi)核，廣泛應(yīng)用于工控領(lǐng)域，由于其源碼開放

　　所以倍受學(xué)生和廣大嵌入式愛好者的青睞。但是對于初學(xué)者而言，嵌入式系統(tǒng)就象一個黑盒子，雖然有代碼在手但卻不能感觀體驗到其運(yùn)行時所帶來的魅力。將其移植到模擬器上，我們不但能觀察ucosii的任務(wù)管理方式，還能隨時設(shè)置斷點(diǎn)來對自己的程序進(jìn)行調(diào)試。移植的源代碼及demo程序請自行下載：www.mshowtec.com

4．  以rtke舉例（非搶占式）

　　rtke是菲利普手機(jī)解決方案中應(yīng)用的實(shí)時內(nèi)核，該內(nèi)核的最大缺點(diǎn)就是非搶占式，一個task必須自己放棄CPU的使用權(quán)才能使其他高優(yōu)先級的任務(wù)得到調(diào)度。因此在其上面寫程序必須十分小心，另外通過模擬器我們可以跟蹤到每個消息發(fā)往何處，每個信號量的使用狀況，當(dāng)前內(nèi)存的狀態(tài)等等。Demo程序請自行下載：www.mshowtec.com

三、VC環(huán)境下調(diào)試

1．  模擬器下調(diào)試的優(yōu)缺點(diǎn)

    優(yōu)點(diǎn)是直觀方便，缺點(diǎn)是由于模擬器并不是真實(shí)的硬件環(huán)境，因此許多依賴于硬件的代碼無法進(jìn)行調(diào)試，但是對于調(diào)試系統(tǒng)內(nèi)核和普通的應(yīng)用程序已經(jīng)是夠用了，尤其是在解決系統(tǒng)死鎖的問題上是最有用的利器。

2．  調(diào)試手段與方法

    可以利用模擬器本身提供的調(diào)試工具進(jìn)行分析系統(tǒng)狀態(tài)，也可以在OS代碼中加入自己的trace信息來跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)行，具體請參照上面提供的兩個例子。

四、小結(jié)

   通過對模擬器simuos的開發(fā)，以及對幾個實(shí)時內(nèi)核的移植，我們發(fā)現(xiàn)在嵌入式領(lǐng)域我們?nèi)狈Φ氖腔A(chǔ)教育，每個從事嵌入式開發(fā)的工程師大多都是工作以后才對嵌入式系統(tǒng)有一個比較完整和深刻的認(rèn)識的，如果每所大學(xué)能讓我們的學(xué)生在上學(xué)期間親手移植一個甚至是幾個嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核，那么我們的畢業(yè)生的技術(shù)素質(zhì)將會有顯著的提高。Simuos這個項目就是為這個目的而開發(fā)的，希望它能給正在學(xué)習(xí)或打算學(xué)習(xí)嵌入式開發(fā)的同學(xué)或工程師帶來幫助。