嵌入式系统之开发工具知识讲解.ppt

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1、嵌入式系统嵌入式系统(xtng)之开发工具之开发工具第一页，共53页。1.开发开发(kif)环境环境l嵌入(qin r)式系统，是指嵌入(qin r)于宿主设备，智能地完成宿主设备功能的计算/控制系统。l嵌入(qin r)式系统开发环境，是以开发嵌入(qin r)式系统为目的的工程开发环境。包括办公环境支持、软件支持、硬件设备支持。l软件支持，指集成开发环境与软件模拟器等。l硬件支持，指仿真器、目标板、示波器、烧录器等。嵌入式软件嵌入式应用软件嵌入式操作系统嵌入式硬件嵌入式硬件模块嵌入式处理器嵌入式开发工具第二页，共53页。1.1集成开发集成开发(kif)系统系统l集成开发系统提供高效明晰的图

2、形化的嵌入式应用软件开发平台，包括一整套完备的面向嵌入式系统的开发和调试(dio sh)工具。l一般包括编辑器、编译器、连接器、调试(dio sh)器、工程管理器和底层调试(dio sh)接口设备（BDM/JTAG仿真器）等 第三页，共53页。1.1.1编译器编译器l嵌入式语言：lASM/Ada/C/C+/EC/Java/OP/STAPLlEC+标准(biozhn)l95年初在日本成立的Embedded C+技术委员 第四页，共53页。嵌入式c/c+编译器 交叉编译能力：能够在pc/unix平台上生成其他cpu平台目标代码连接/定址(dn zh)器：因为无法提供dos/windows的动态定位

3、执行能力。嵌入式一般需要目标代码静态定位到具体地址，定址(dn zh)器完成这一工作。启动代码：初始化处理器和c语言堆栈区等环境的汇编码。EC+:针对嵌入式的一些实时要求等特点，对标准C+语言规范的修改扩充。嵌入式嵌入式C/C+开发开发(kif)环境环境第五页，共53页。嵌入式嵌入式C/C+开发开发(kif)环境环境l提供目标调试(dio sh)(remote/rom monitor)能力.l另外还有其他一些地方需要注意，如I/O库，大小尾段等。l主流嵌入式编译器：lGNU、CADUL、CodeWarrior、GreenHill、Diab/SDS、IAR、BC/VC+Toolkit.等第六页，

4、共53页。l（1）早期的Franklin Software Inc.的A51/C51与Keil Software Inc.的 CA51/CA251/CA166赫赫有名。l（2）TASKING Inc.的C/C+/EC+编译器l（3）CAD-UL Inc.提供一整套工具开发X86和68K。l（4）Wind River Systems,Inc.的Diab C/C+Compiler Suite，应用(yngyng)于pSOS系统。l（5）IBM 的High C/C+Compiler，针对Power PC。l（6）GNU组织的免费编译器GCC 第七页，共53页。1.1.2 调试器调试器l远程调试 l调

5、试器还是运行(ynxng)于通用桌面操作系统的应用程序，被调试的程序则运行(ynxng)于基于特定硬件平台的嵌入式操作系统（目标操作系统）。第八页，共53页。问题(wnt)：l调试器与被调试程序如何通信l被调试程序产生异常如何及时通知调试器l调试器如何控制、访问被调试程序l调试器如何识别有关被调试程序的多任务信息并控制某一特定任务l调试器如何处理某些与目标硬件平台相关(xinggun)的信息（如目标平台的寄存器信息、机器代码的反汇编等）。第九页，共53页。两种两种远程程(yunchng)调试的方案的方案l一一 插插桩（stub）l二二 片上片上调试(dio sh)（On Chip Debugg

6、ing）第十页，共53页。1.1.2.1 插插桩桩（stub）l在目在目标(mbio)操作系操作系统和和调试器内分器内分别加加入某些功能模入某些功能模块，二者互通信息来，二者互通信息来进行行调试。第十一页，共53页。步骤步骤(bzhu)1.调试器与被调试程序的通信调试器与目标操作系统通过指定通信端口（串口、网卡、并口）遵循远程调试协议(xiy)进行通信。2.被调试程序产生异常及时通知调试器目标操作系统的所有异常处理最终都要转向通信模块，告知调试器当前的异常号；调试器据此向用户显示被调试程序产生了哪一类异常。第十二页，共53页。3.调试器控制、访问被调试程序调试器的这类请求实际上都将转换成对被调

7、试程序的地址空间或目标平台的某些寄存器的访问，目标操作系统接收到这样的请求可以直接处理。对于没有虚拟存储概念的简单的嵌入式操作系统而言，完成这些任务(rn wu)十分容易。4.调试器识别有关被调试程序的多任务(rn wu)信息并控制某一特定任务(rn wu)由目标操作系统提供相关接口。目标系统根据调试器发送的关于多任务(rn wu)的请求，调用该接口提供相应信息或针对某一特定任务(rn wu)进行控制，并返回信息给调试器。第十三页，共53页。5.调试器处理与目标硬件平台相关的信息(xnx)第2条所述调试器应能根据异常号识别目标平台产生异常的类型也属于这一范畴，这类工作完全可以由调试器独立完成。

8、支持多种目标平台正是GNU GDB的一大特色。第十四页，共53页。目目标操作系操作系统(co zu x tn)支支持持l远程程调试协议的通信模的通信模块（包括（包括(boku)简单的的设备驱动）l多任多任务调试接口接口l改写异常改写异常处理的有关部分理的有关部分l定定义一个一个设置断点的函数置断点的函数第十五页，共53页。目目标操作系操作系统添加的添加的这些些(zhxi)模模块统称称为“插插桩”驻留于留于ROM中中则称称为ROM monitor第十六页，共53页。l通用操作系通用操作系统也有具也有具备(jbi)这类模模块l编译运行于运行于Alpha、Sparc或或PowerPC平平台的台的LI

9、NUX内核内核时若将若将kgdb开关打开，就开关打开，就相当于加入了插相当于加入了插桩。第十七页，共53页。调试调试(dio sh)过程过程第十八页，共53页。Stub的本质的本质(bnzh)l软件接管目件接管目标系系统的全部异常的全部异常处理理(chl)（exception handler）及部分中断）及部分中断处理理(chl)l在其中插入在其中插入调试端口通信模端口通信模块，与主机的，与主机的调试器交互器交互l不用于正式不用于正式发布的布的调试版版第十九页，共53页。1.1.2.2.片上片上调试(dio sh)（On Chip Debugging）l片上片上调试(dio sh)是在是在处理

10、器内部嵌入理器内部嵌入额外外的控制模的控制模块，当，当满足了一定的触足了一定的触发条件条件时进入入某种特殊状某种特殊状态l在在该状状态下，被下，被调试(dio sh)程序停止运行，程序停止运行，主机的主机的调试(dio sh)器可以通器可以通过处理器外部理器外部特特设的通信接口的通信接口访问各种各种资源（寄存器、存源（寄存器、存储器等）并器等）并执行指令。行指令。l主机通信端口与目主机通信端口与目标板板调试(dio sh)通信接通信接口口l信号信号转换电路板路板连接接第二十页，共53页。第二十一页，共53页。内嵌的控制(kngzh)模块l以基于微以基于微码的的监控器（控器（microcode

11、monitor）或）或纯硬件硬件资源的形式存在源的形式存在l包括一些提供包括一些提供给用用户的接口（如断点寄存器等）的接口（如断点寄存器等）l具体具体产品品(chnpn)有有Motorola CPU16、CPU32、Coldfire系列的系列的BDM（Background Debug Mode），），Motorola PowerPC 5xx、8xx系列的系列的EPBDM（Embedded PowerPC Background Debug Mode），），IBM、TI的的JTAG（Joint Test Action Debug，IEEE标准），准），还有有OnCE、MPSD等等。等等。第二十二页

12、，共53页。EPBDM的执行(zhxng)流程l相当于用相当于用处理器内嵌的理器内嵌的调试模模块接管中断及异常接管中断及异常处理。理。l用用户(yngh)通通过设置置调试许可寄存器（可寄存器（debug enable register）来指定哪些中断或异常）来指定哪些中断或异常发生后生后处理器直接理器直接进入入调试状状态，而不是操作系，而不是操作系统的的处理程序。理程序。l1、进入入调试状状态后，内嵌后，内嵌调试模模块向外部向外部调试通信通信接口接口发出信号，通知一直在通信接口出信号，通知一直在通信接口监听的主机听的主机调试器器l2、调试器便可通器便可通过调试模模块使使处理器理器执行任意系行任

13、意系统指令（相当于特指令（相当于特权态）。）。第二十三页，共53页。l3、所有指令均通、所有指令均通过调试(dio sh)模模块获取，取，所有所有load/store 均直接均直接访问内存，内存，缓存存（cache）及存）及存储管理管理单元（元（MMU）均不可）均不可用用l4、数据寄存器被映射、数据寄存器被映射为一个特殊寄存器一个特殊寄存器DPDR，通，通过mtspr和和mfspr指令指令访问。l5、调试(dio sh)器向器向处理器送理器送rfi(return from interrupt)指令便指令便结束束调试(dio sh)状状态，被，被调试(dio sh)程序程序继续运行。运行。第二十

14、四页，共53页。OCD的特点的特点(tdin)l优点：优点：l不占用目标平台的通信端口不占用目标平台的通信端口l无需无需(wx)修改目标操作系统修改目标操作系统l能调试目标操作系统的启动过程，大大方便了系统开能调试目标操作系统的启动过程，大大方便了系统开发人员。发人员。l缺点：缺点：l软件工作量的增加软件工作量的增加l调试器端除了需补充对目标操作系统多任务的识别、调试器端除了需补充对目标操作系统多任务的识别、控制等模块控制等模块l针对使用同一芯片的不同开发板编写各类针对使用同一芯片的不同开发板编写各类ROM、RAM的初始化程序。的初始化程序。第二十五页，共53页。1.1.2.3 其他其他(qt

15、)调试器原理调试器原理l代理（代理（agent）l针对:实时系系统，延，延时，监视点点trace pointl处理方法理方法(fngf)：l监视点点缓冲冲l命中命中监视点，自点，自动唤醒代理，存醒代理，存储数据到数据到缓冲冲l代理无需通代理无需通讯l实时监视的可行方案的可行方案lCPU支持串行工作支持串行工作l针对指令指令缓冲冲第二十六页，共53页。1.1.2.4典型典型(dinxng)调试器调试器lApplied Microsystems Corp 的AMC System Debug Tools（CodeWarrior）lSignum Systems Corp.的Chameleon Debu

16、gger lWind River Systems,Inc.的SingleStep/Tornado Debugger 第二十七页，共53页。1.1.3 测试测试(csh)器器 l嵌入式微处理器测试嵌入式微处理器测试l基准联盟EEMBC（EDN Embedded Microprocessor Benchmark Consortium）lEEMBC的测试标准(biozhn)：40多种用于消费类产品、网络、办公自动化及电信产品、汽车和工业产品的C语言综合算法。l仅凭硬件测试工具来自动记录嵌入式系统的完整测试结果是不可能的第二十八页，共53页。常见常见(chn jin)测试工具测试工具lApplied

17、Microsystems Corp.的CodeTEST，拥有(yngyu)性能分析、内存分析、代码跟踪和高级覆盖率分析四大功能模块。单元级、集成级和系统级测试。lVector Software,Inc的VectorCAST，功能涵盖环境构造器、测试用例产生器、执行管理器、测试报告产生器、代码覆盖率、静态分析 第二十九页，共53页。1.2 仿真仿真(fn zhn)开发开发l非硬件平台开发l1源程序模拟器(Simulator)l2实时在线仿真(fn zhn)系统ICE 第三十页，共53页。1.2.1 1.2.1 源程序模拟器源程序模拟器(Simulator)l简单(jindn)的模拟器可以l通过指

18、令解释方式逐条执行源程序l分配虚拟存储空间和外设l供程序员检查l高级的模拟器可以：l利用计算机的外部接口模拟出处理器的I/O电气信号。第三十一页，共53页。优点优点(yudin)l模拟器软件独立(dl)于处理器硬件l一般与编译器集成在同一个环境中l有效的源程序检验和测试工具。第三十二页，共53页。缺点缺点(qudin)l以一种处理器模拟另一种处理器的运行(ynxng)，在指令执行时间、中断响应、定时器等方面很可能与实际处理器有相当的差别l它无法和ICE一样，仿真嵌入式系统在应用系统中的实际执行情况。第三十三页，共53页。（1）SystemView动态动态(dngti)系系统仿真软件统仿真软件

19、lSystem View提供开发各种系统的模拟和数字工具，这些系统包括DSP、信号处理、通信和控制以及构造通用数字系统模型。lSystem View的环境包括一套可以选择(xunz)的能够增加核心库功能的用于特殊应用的库。第三十四页，共53页。第三十五页，共53页。第三十六页，共53页。（2）WinCE的的Pocket系列系列(xli)模拟器模拟器第三十七页，共53页。1.2.2实时实时(sh sh)在线仿真系统在线仿真系统ICE-仿真器仿真器lICE具有三大功能 lICE排除了设计逻辑错误。通过实际执行，对应用程序进行原理性检验，可以发现人的思维不能发现的问题。lICE可以发现与排除硬件干扰

20、等引起的异常执行行为。通过在应用系统中仿真微控制器的实时执行，系统的异常执行行为得到制止。l高级(goj)的ICE带有完善的跟踪功能。它可以将应用系统的实际状态变化、微控制器对状态变化的反应、以及应用系统对控制的响应等以一种录像的方式连续记录下来，以供分析，在分析中优化控制过程。第三十八页，共53页。ICE不不仅仅是是软软件硬件排件硬件排错错工具，同工具，同时时(tngsh)也是提高和也是提高和优优化系化系统统性能指性能指标标的工具的工具 l高档ICE工具(如美国NOHAU公司的产品)是可根据用户投资裁剪功能的系统，亦可根据需要(xyo)选择配置各种档次的实时逻辑跟踪器(Trace)、实时映象

21、存储器(Shadow RAM)及程序效率实时分析功能(PPA)。第三十九页，共53页。常见常见(chn jin)ICElApplied Microsystems Corp.的CodeICE/EL/CodeTAP/SuperTAP/PowerTAP仿真器 lLauterbach,Inc.的TRACE32-ICE仿真器 lSignum Systems Corp.的Signum系列(xli)仿真器 lEmbedded Support Tools Corp.的visionICE仿真器第四十页，共53页。1.4 仿真器与调试器的功能仿真器与调试器的功能(gngnng)l内存查看l寄存器浏览l单步/断点设

22、置l跟踪l程序下载执行lFlash烧写l操作系统任务(rn wu)级状态查看第四十一页，共53页。1.5 仿真器与调试器的历史仿真器与调试器的历史(lsh)l全仿真器l 使用硬件仿真芯片和仿真内存，连接困难，价格昂贵。l如常见的51仿真器.lRom monitorl 调试器的一场革命，最廉价的一种方式，烧入lFlash的一段小程序，可通过(tnggu)串/并/ethernet口调试第四十二页，共53页。仿真器与调试器的历史仿真器与调试器的历史(lsh)lRom仿真器l 通过连接目标系统上的Rom插座，实现虚拟串/ethernet口和Rom monitor.与Rom下载器不同。lRom moni

23、tor 与Rom仿真器的优点：lCpu 无关，下载程序速度快。l价格便宜。lmonitor程序的“鸡，蛋”悖论(bi ln)l Rom仿真器对C/C+开发环境的支持很重要。第四十三页，共53页。仿真器与调试器的历史仿真器与调试器的历史(lsh)lBDMl背景调试模式，由motorola提出，把相应调试微码放入处理器，使用高速串口进行访问。（rom monitor的进一步扩展）lJTAGl 边界扫描协议，是IEEE规范，目前是主流(zhli)。使外界可以访问ASIC内部寄存器的技术。第四十四页，共53页。仿真器与调试器的历史仿真器与调试器的历史(lsh)lBDM&JTAG调试器，与仿真器的区别。

24、l同样(tngyng)能够直接控制处理器硬件，在单板的硬件调试能力比rom monitor强。l价格便宜/连接方便l仿真器使用仿真内存，调试器需要目标板。l 仿真器支持硬件断点能力强l仿真器可以支持trace功能，排错能力强第四十五页，共53页。2.主要主要(zhyo)开发工具开发工具第四十六页，共53页。序号名称开发商简介1CAD-UL WorkbenchCAD-UL Inc.对X86系列CPU的开发环境和工具处于业界领先位置。2CodeWarrior*IDEMetrowerks Inc.提供统一的图形用户界面来集成各种开发工具，支持多种主机平台、多种编程语言、多种处理器和多种实时操作系统，

25、称为下一代集成开发环境。3Lambda TOOL北京科银京成技术有限公司一套集成的嵌入式系统开发和调试环境，配合嵌入式实时操作系统DeltaOS而推出，但同时也支持其它嵌入式操作系统与应用程序的开发。4Lynx PosixWorksLynx Real-Time Systems 配合LynxOS实时操作系统的开发环境5MULTI*IDEGreen Hills Software,Inc.高度集成化的嵌入式开发环境，支持多种编程语言，支持多种目标系统的远程调试，支持团队开发。6pRISM+Wind River Systems,Inc.PRISM+是一个集成多种嵌入式应用系统开发、分析、测试工具的综合

26、开发环境，是与pSOS实时操作系统结合得最紧密的集成开发环境。7WH5307SDK珠海万禾网络技术有限公司嵌入式Linux系统开发套件，包含开发嵌入式Linux所需的所有硬件、软件和工具。第四十七页，共53页。2.1 MontaVista Linuxl跨平台开发，它支持14个主机开发环境，包括Red Hat、Yellow Dog Linux、SuSE、Mandrake、Solaris以及VMWare on Windows NT/2000l本提供了215多个主机配套工具和嵌入式目标平台开发组件软件包l扩展了针对嵌入式跨平台开发的各类开放源代码工具的支持l支持x86和PowerPC平台的Linux

27、跟踪工具（包括内核(ni h)性能和执行分析器）lext3日志文件系统第四十八页，共53页。2.2 CodeWarrior*IDE l提供统一的图形用户界面来集成各种开发(kif)工具，支持多种主机平台、多种编程语言、多种处理器和多种实时操作系统，称为下一代集成开发(kif)环境。l包括以下模块：编辑器、源码浏览器、搜索引擎、构造系统、调试器、工程管理器 l支持多语言、多平台，界面统一lPlugin设计：根据不同开发(kif)IDE的需要，提供特殊的服务软件 第四十九页，共53页。2.3 MULTI*IDE l支持多语言、多目标系统的高度集成化系统。包括：l工程生成(shn chn)工具 l源

28、代码调试器 l事件分析器 l性能分析器 l实时错误检查工具 l图形浏览器 l文本编辑器 l版本控制系统第五十页，共53页。2.4 CAD-UL Workbench*l（1）提供工程模板。l（2）工程导向的软件开发过程管理(gunl)。l（3）通过工具管理(gunl)器灵活配置选用各开发工具。l（4）在工具管理(gunl)器中通过对话框来设置修改各工具选项，并提供在线帮助。l（5）可灵活植入其它开发工具。l（6）可浏览工程文件和外部文件的引用从属关系。l（7）包含一个具备语法检查功能的标准源代码编辑器，也可植入外部编辑器。l（8）图形对象的浏览器，用于工程源码分析。l（9）支持版本控制功能。第五

29、十一页，共53页。2.5 QNX Momentics（QNX6.2）lC,C+,Embedded C+及Java代码开发器 l源代码调试器 l内存分析器 l系统剖析器 l系统生成器 l目标观察器 l目标导航器 l目标代理 l版本控制器 l系统分析器 l板级支持(zhch)包 l驱动器开发包 lGNU工具链 l图形界面产生器 第五十二页，共53页。2.6 Microsoft Windows Embeddedl（1）Windows CE.NET：eMbedded Visual C+4.0 l（2）Windows XP Embedded：Visual Studio.NET l（3）Windows NT Embedded：Target Designer、Component Designer 第五十三页，共53页。