嵌入式系統基礎之：嵌入式軟件開(kāi)發(fā)流程

這里一般將進(jìn)行交叉編譯的主機稱(chēng)為宿主機，也就是普通的通用PC，而將程序實(shí)際的運行環(huán)境稱(chēng)為目標機，也就是嵌入式系統環(huán)境。由于一般通用計算機擁有非常豐富的系統資源、使用方便的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境和調試工具等，而嵌入式系統的系統資源非常緊缺，無(wú)法在其上運行相關(guān)的編譯工具，因此，嵌入式系統的開(kāi)發(fā)需要借助宿主機（通用計算機）來(lái)編譯出目標機的可執行代碼。

由于編譯的過(guò)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(guò)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(guò)程如圖4.18所示。

2．交叉調試

嵌入式軟件經(jīng)過(guò)編譯和鏈接后即進(jìn)入調試階段，調試是軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中必不可少的一個(gè)環(huán)節，嵌入式軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的交叉調試與通用軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的調試方式有很大的差別。在常見(jiàn)軟件開(kāi)發(fā)中，調試器與被調試的程序往往運行在同一臺計算機上，調試器是一個(gè)單獨運行著(zhù)的進(jìn)程，它通過(guò)操作系統提供的調試接口來(lái)控制被調試的進(jìn)程。而在嵌入式軟件開(kāi)發(fā)中，調試時(shí)采用的是在宿主機和目標機之間進(jìn)行的交叉調試，調試器仍然運行在宿主機的通用操作系統之上，但被調試的進(jìn)程卻是運行在基于特定硬件平臺的嵌入式操作系統中，調試器和被調試進(jìn)程通過(guò)串口或者網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信，調試器可以控制、訪(fǎng)問(wèn)被調試進(jìn)程，讀取被調試進(jìn)程的當前狀態(tài)，并能夠改變被調試進(jìn)程的運行狀態(tài)。

嵌入式系統的交叉調試有多種方法，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 調試器和被調試進(jìn)程運行在不同的機器上，調試器運行在PC機（宿主機），而被調試的進(jìn)程則運行在各種專(zhuān)業(yè)調試板上（目標板）。

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

n 在目標機上一般會(huì )具備某種形式的調試代理，它負責與調試器共同配合完成對目標機上運行著(zhù)的進(jìn)程的調試。這種調試代理可能是某些支持調試功能的硬件設備，也可能是某些專(zhuān)門(mén)的調試軟件（如gdbserver）。

n 目標機可能是某種形式的系統仿真器，通過(guò)在宿主機上運行目標機的仿真軟件，整個(gè)調試過(guò)程可以在一臺計算機上運行。此時(shí)物理上雖然只有一臺計算機，但邏輯上仍然存在著(zhù)宿主機和目標機的區別。

下面分別就軟件調試樁方式和硬件片上調試兩種方式進(jìn)行詳細介紹。

（1）軟件方式。

軟件調試主要是通過(guò)插入調試樁的方式來(lái)進(jìn)行的。調試樁方式進(jìn)行調試是通過(guò)目標操作系統和調試器內分別加入某些功能模塊，二者互通信息來(lái)進(jìn)行調試。該方式的典型調試器有g(shù)db調試器。

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

gdb調試的工作流程。

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

n 然后，在目標機上開(kāi)啟GdbServer進(jìn)程，并監聽(tīng)對應端口。

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

n 在宿主機上的gdb通過(guò)GdbServer請求對目標機上的程序發(fā)出控制命令。這時(shí)，GdbServer將請求轉化為程序的地址空間或目標平臺的某些寄存器的訪(fǎng)問(wèn)，這對于沒(méi)有虛擬存儲器的簡(jiǎn)單的嵌入式操作系統而言，是十分容易的。

n GdbServer把目標操作系統的所有異常處理轉向通信模塊，并告知宿主機上gdb當前有異常。

n 宿主機上的gdb向用戶(hù)顯示被調試程序產(chǎn)生了哪一類(lèi)異常。

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