嵌入式系统之开发工具ppt课件

1、嵌入式系统之开发工具嵌入式系统之开发工具1. 开发环境开发环境l嵌入式系统，是指嵌入于宿主设备，智能地完成宿主设备功能的计算/控制系统。 l嵌入式系统开发环境，是以开发嵌入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、目的板、示波器、烧录器等。嵌入式软件嵌入式运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置器嵌入式开发工具1.1集成开发系统集成开发系统l集成开发系统提供高效明晰的图形化的嵌入式运用软件开发平台，包括一整套完备的面向嵌入式系统的开发和调试工具 。l普通包括编辑器、编译器、衔接器、调试器

2、、工程管理器和底层调试接口设备BDM/JTAG仿真器等 1.1.1编译器编译器l嵌入式言语：lASM/Ada/C/C+/EC/Java/OP/STAPLlEC+规范 l95年初在日本成立的Embedded C+技术委员 w嵌入式c/c+编译器w 交叉编译才干：可以在pc/unix平台上生成其他cpu平台目的代码w衔接/定址器：由于无法提供dos/windows的动态定位执行才干。嵌入式普通需求目的代码静态定位到详细地址，定址器完成这一任务。w 启动代码：初始化处置器和c言语堆栈区等环境的汇编码。w EC+:针对嵌入式的一些实时要求等特点，对规范C+言语规范的修正扩展。嵌入式嵌入式C/C+开发环

3、境开发环境嵌入式嵌入式C/C+开发环境开发环境l提供目的调试(remote/rom monitor)才干.l另外还有其他一些地方需求留意，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l1早期的Franklin Software Inc. 的A51/C51与Keil Software Inc.的 CA51/CA251/CA166赫赫有名。l2TASKING Inc. 的C/C+/EC+ 编译器l3CAD-UL Inc.提供一整套工具开发X86和68K 。l4Wind Ri

4、ver Systems, Inc.的Diab C/C+ Compiler Suite，运用于pSOS系统。l5IBM 的High C/C+ Compiler ，针对Power PC。l6GNU组织的免费编译器GCC 1.1.2 调试器调试器l远程调试 l调试器还是运转于通用桌面操作系统的运用程序，被调试的程序那么运转于基于特定硬件平台的嵌入式操作系统目的操作系统。 问题：问题：l调试器与被调试程序如何通讯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义务信息并控制某一特定义务l调试器如何处置某些与目的硬件平台相关的信息如目的平台的存放器

5、信息、机器代码的反汇编等。 两种远程调试的方案两种远程调试的方案l一一 插桩插桩stubl二二 片上调试片上调试On Chip Debugging1.1.2.1 插桩插桩stub l在目的操作系统和调试器内分别参与某些功能在目的操作系统和调试器内分别参与某些功能模块，二者互通讯息来进展调试。模块，二者互通讯息来进展调试。步骤步骤l调试器与被调试程序的通讯调试器与目的操作系统经过指定通讯端口串口、网卡、并口遵照远程调试协议进展通讯。 l被调试程序产生异常及时通知调试器目的操作系统的一切异常处置最终都要转向通讯模块，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。 l调试器

6、控制、访问被调试程序调试器的这类恳务虚际上都将转换成对被调试程序的地址空间或目的平台的某些存放器的访问，目的操作系统接纳到这样的恳求可以直接处置。对于没有虚拟存储概念的简单的嵌入式操作系统而言，完成这些义务非常容易。 l调试器识别有关被调试程序的多义务信息并控制某一特定义务由目的操作系统提供相关接口。目的系统根据调试器发送的关于多义务的恳求，调用该接口提供相应信息或针对某一特定义务进展控制，并前往信息给调试器。 l调试器处置与目的硬件平台相关的信息第2条所述调试器应能根据异常号识别目的平台产生异常的类型也属于这一范畴，这类任务完全可以由调试器独立完成。支持多种目的平台正是GNU GDB的一大特

7、征。 目的操作系统支持目的操作系统支持l远程调试协议的通讯模块包括简单的设备驱远程调试协议的通讯模块包括简单的设备驱动动l多义务调试接口多义务调试接口l改写异常处置的有关部分改写异常处置的有关部分l定义一个设置断点的函数定义一个设置断点的函数目的操作系统添加的这些模块统称为目的操作系统添加的这些模块统称为“插桩插桩驻留于驻留于ROM中那么称为中那么称为ROM monitorl通用操作系统也有具备这类模块通用操作系统也有具备这类模块l编译运转于编译运转于Alpha、Sparc或或PowerPC平平台的台的LINUX内核时假设将内核时假设将kgdb开关翻开，开关翻开，就相当于参与了插桩。就相当于参

8、与了插桩。调试过程调试过程Stub的本质的本质l软件接纳目的系统的全部异常处置软件接纳目的系统的全部异常处置exception handler及部分中断处置及部分中断处置l在其中插入调试端口通讯模块，与主机的调试在其中插入调试端口通讯模块，与主机的调试器交互器交互l不用于正式发布的调试版不用于正式发布的调试版1.1.2.2.片上调试片上调试On Chip Debuggingl片上调试是在处置器内部嵌入额外的控制模块，片上调试是在处置器内部嵌入额外的控制模块，当满足了一定的触发条件时进入某种特殊形状当满足了一定的触发条件时进入某种特殊形状l在该形状下，被调试程序停顿运转，主机的调在该形状下，被调

9、试程序停顿运转，主机的调试器可以经过处置器外部特设的通讯接口访问试器可以经过处置器外部特设的通讯接口访问各种资源存放器、存储器等并执行指令。各种资源存放器、存储器等并执行指令。l主机通讯端口与目的板调试通讯接口主机通讯端口与目的板调试通讯接口l信号转换电路板衔接信号转换电路板衔接内嵌的控制模块l以基于微码的监控器以基于微码的监控器microcode monitor或或纯硬件资源的方式存在纯硬件资源的方式存在l包括一些提供应用户的接口如断点存放器等包括一些提供应用户的接口如断点存放器等l详细产品有详细产品有Motorola CPU16、CPU32、Coldfire系列的系列的BDMBackgro

10、und Debug Mode，Motorola PowerPC 5xx、8xx系列系列的的EPBDMEmbedded PowerPC Background Debug Mode，IBM、TI的的JTAGJoint Test Action Debug，IEEE规规范，还有范，还有OnCE、MPSD等等。等等。EPBDM的执行流程l相当于用途置器内嵌的调试模块接纳中断及异常处置。相当于用途置器内嵌的调试模块接纳中断及异常处置。l用户经过设置调试答应存放器用户经过设置调试答应存放器debug enable register来指定哪些中断或异常发生后处置器直接来指定哪些中断或异常发生后处置器直接进入调

11、试形状，而不是操作系统的处置程序。进入调试形状，而不是操作系统的处置程序。l1、进入调试形状后，内嵌调试模块向外部调试通讯、进入调试形状后，内嵌调试模块向外部调试通讯接口发出信号，通知不断在通讯接口监听的主机调试接口发出信号，通知不断在通讯接口监听的主机调试器器l2、调试器便可经过调试模块使处置器执行恣意系统、调试器便可经过调试模块使处置器执行恣意系统指令相当于特权态。指令相当于特权态。l3、一切指令均经过调试模块获取，一切、一切指令均经过调试模块获取，一切load/store 均直接访问内存，缓存均直接访问内存，缓存cache及存储管理单元及存储管理单元MMU均不可均不可用用l4、数据存放器

12、被映射为一个特殊存放器、数据存放器被映射为一个特殊存放器DPDR，经过，经过mtspr和和mfspr指令访问。指令访问。l5、调试器向处置器送、调试器向处置器送rfi(return from interrupt)指令便终了调试形状，被调试程指令便终了调试形状，被调试程序继续运转。序继续运转。OCD的特点的特点l优点：优点：l不占用目的平台的通讯端口不占用目的平台的通讯端口l无需修正目的操作系统无需修正目的操作系统l能调试目的操作系统的启动过程，大大方便了系统开能调试目的操作系统的启动过程，大大方便了系统开发人员。发人员。l缺陷：缺陷：l软件任务量的添加软件任务量的添加l调试器端除了需补充对目的

13、操作系统多义务的识别、调试器端除了需补充对目的操作系统多义务的识别、控制等模块控制等模块l针对运用同一芯片的不同开发板编写各类针对运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。1.1.2.3 其他调试器原理其他调试器原理l代理代理agentl针对针对:实时系统，延时，监视点实时系统，延时，监视点trace pointl处置方法：处置方法：l监视点缓冲监视点缓冲l命中监视点，自动唤醒代理，存储数据到缓冲命中监视点，自动唤醒代理，存储数据到缓冲l代理无需通讯代理无需通讯l实时监视的可行方案实时监视的可行方案lCPU支持串行任务支持串行任务l针对指令缓冲针对指令缓冲1.1

14、.2.4典型调试器典型调试器lApplied Microsystems Corp 的AMC System Debug Tools CodeWarriorlSignum Systems Corp. 的Chameleon Debugger lWind River Systems, Inc. 的SingleStep /Tornado Debugger 1.1.3 测试器测试器 l嵌入式微处置器测试嵌入式微处置器测试l基准联盟EEMBCEDN Embedded Microprocessor Benchmark Consortium lEEMBC的测试规范：40多种用于消费类产品、网络、办公自动化及电信

15、产品、汽车和工业产品的C言语综合算法。 l仅凭硬件测试工具来自动记录嵌入式系统的完好测试结果是不能够的常见测试工具常见测试工具lApplied Microsystems Corp. 的CodeTEST，拥有性能分析、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 1.2 仿真开发仿真开发l非硬件平台开发l1源程序模拟器(Simulator)l2实时在线仿真系统ICE 1.2.1 1.2.1 源程序模拟器源程序模拟

16、器(Simulator)(Simulator)l简单的模拟器可以l经过指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置器的I/O电气信号。 优点优点l模拟器软件独立于处置器硬件l普通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。 缺陷缺陷l以一种处置器模拟另一种处置器的运转，在指令执行时间、中断呼应、定时器等方面很能够与实践处置器有相当的差别l它无法和ICE一样，仿真嵌入式系统在运用系统中的实践执行情况。 1 SystemView动态系统仿真软动态系统仿真软件件 lSystem View提供开发各种系统的模拟和数字工

17、具，这些系统包括DSP、信号处置、通讯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的可以添加中心库功能的用于特殊运用的库。 2WinCE的的Pocket系列模拟系列模拟器器1.2.2实时在线仿真系统实时在线仿真系统ICE-仿真器仿真器lICE具有三大功能 lICE排除了设计逻辑错误。经过实践执行，对运用程序进展原理性检验，可以发现人的思想不能发现的问题。lICE可以发现与排除硬件干扰等引起的异常执行行为。经过在运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高级的ICE带有完善的跟踪功能。它可以将运用系统的实践形状变化、微控制器对形状变化的反

18、响、以及运用系统对控制的呼应等以一种录像的方式延续记录下来，以供分析，在分析中优化控制过程。 ICE不仅是软件硬件排错工具，同时不仅是软件硬件排错工具，同时也是提高和优化系统性能目的的工具也是提高和优化系统性能目的的工具 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，亦可根据需求选择配置各种档次的实时逻辑跟踪器(Trace)、实时映象存储器(Shadow RAM)及程序效率实时分析功能(PPA)。 常见常见ICElApplied Microsystems Corp. 的CodeICE/EL/CodeTAP/SuperTAP/PowerTAP仿真器 lLauter

19、bach, Inc. 的TRACE32-ICE仿真器 lSignum Systems Corp. 的Signum系列仿真器 lEmbedded Support Tools Corp. 的visionICE仿真器1.4 仿真器与调试器的功能仿真器与调试器的功能l内存查看l存放器阅读l单步/断点设置l跟踪l程序下载执行lFlash烧写l操作系统义务级形状查看1.5 仿真器与调试器的历史仿真器与调试器的历史l全仿真器l 运用硬件仿真芯片和仿真内存，衔接困难，价钱昂贵。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，可经过串/并/et

20、hernet口调试仿真器与调试器的历史仿真器与调试器的历史lRom仿真器l 经过衔接目的系统上的Rom插座，实现虚拟串/ethernet口和Rom monitor.与Rom下载器不同。lRom monitor 与Rom仿真器的优点：lCpu 无关，下载程序速度快。l价钱廉价。lmonitor程序的“鸡，蛋悖论l Rom仿真器对C/C+开发环境的支持很重要。仿真器与调试器的历史仿真器与调试器的历史lBDMl背景调试方式，由motorola提出，把相应调试微码放入处置器，运用高速串口进展访问。rom monitor的进一步扩展lJTAGl 边境扫描协议，是IEEE规范，目前是主流。使外界可以访问A

21、SIC内部存放器的技术。仿真器与调试器的历史仿真器与调试器的历史lBDM&JTAG调试器，与仿真器的区别。l同样可以直接控制处置器硬件，在单板的硬件调试才干比rom monitor强。l价钱廉价/衔接方便l仿真器运用仿真内存，调试器需求目的板。l 仿真器支持硬件断点才干强l仿真器可以支持trace功能，排错才干强2. 主要开发工具主要开发工具序号称号开发商简介1C A D - U L 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. 提供一致的图形用户界面来集成各种开发工具，支持多种主机

22、平台、多种编程言语、多种处置器和多种实时操作系统，称为下一代集成开发环境。3L a m b d a TOOL北京科银京成技术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运用程序的开发。4Lynx PosixWorksLynx Real-Time Systems 配合LynxOS实时操作系统的开发环境5M U LT I * IDEGreen Hills Software, Inc.高度集成化的嵌入式开发环境，支持多种编程言语，支持多种目的系统的远程调试，支持团队开发。6pRISM+Wind River Systems, Inc.

23、PRISM+是一个集成多种嵌入式运用系统开发、分析、测试工具的综合开发环境，是与pSOS实时操作系统结合得最严密的集成开发环境。7WH5307SDK珠海万禾网络技术嵌入式Linux系统开发套件，包含开发嵌入式Linux所需的一切硬件、软件和工具。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的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跟踪工具包括内核性能和执行分析器lext3日志文件系统2.2 CodeWarrior* IDE l提供