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嵌入式硬件调试和软件调试

已有 94 次阅读2016-7-24 16:42 |个人分类:资源分享

相对于软件调试而言,使用硬件调试器可以获得更强大的调试功能和更优秀的调试性能。硬件调试器的基本原理是通过仿真硬件的执行过程,让开发者在调试时可以随时了解到系统的当前执行情况。目前嵌入式系统开发中最常用到的硬件调试器是ROM MonitorROM EmulatorIn-Circuit EmulatorIn-Circuit Debugger

采用ROM Monitor方式进行交叉调试需要在宿主机上运行调试器,在目标机上运行ROM监视器(ROM Monitor)和被调试程序,宿主机通过调试器与目标机上的ROM监视器建立通信连接,它们之间的通信遵循远程调试协议。ROM监视器可以是一段运行在目标机ROM上的可执行程序,也可以是一个专门的硬件调试设备,它负责监控目标机上被调试程序的运行情况,能够与宿主机端的调试器一同完成对应用程序的调试。在使用这种调试方式时,被调试程序首先通过ROM监视器下载到目标机,然后在ROM监视器的监控下完成调试,目前使用的绝大部分ROM监视器能够完成设置断点、单步执行、查看寄存器、修改内存空间等各项调试功能。

采用ROM Emulator方式进行交叉调试时需要使用ROM仿真器,它通常被插入到目标机上的ROM插槽中,专门用于仿真目标机上的ROM芯片。在使用这种调试方式时,被调试程序首先下载到ROM仿真器中,它等效于下载到目标机的ROM芯片上,然后在ROM仿真器中完成对目标程序的调试。ROM Emulator调试方式通过使用一个ROM仿真器,虽然避免了每次修改程序后都必须重新烧写到目标机ROM中这一费时费力的操作,但由于ROM仿真器本身比较昂贵,功能相对来讲又比较单一,因此只适应于某些特定场合。

采用In-Circuit EmulatorICE)方式进行交叉调试时需要使用在线仿真器,它是仿照目标机上的CPU而专门设计的硬件,可以完全仿真处理器芯片的行为,并且提供了非常丰富的调试功能。在使用在线仿真器进行调试的过程中,可以按顺序单步执行,也可以倒退执行,还可以实时查看所有需要的数据,从而给调试过程带来了很多的便利。嵌入式系统应用的一个显著特点是与现实世界中的硬件直接相关,存在各种异变和事先未知的变化,从而给微处理器的指令执行带来各种不确定因素,这种不确定性在目前情况下只有通过在线仿真器才有可能发现,因此尽管在线仿真器的价格非常昂贵,但仍然得到了非常广泛的应用。

采用In-Circuit DebuggerICD)方式进行交叉调试时需要使用在线调试器。由于ICE的价格非常昂贵,并且每种CPU都需要一种与之对应的ICE,使得开发成本非常高,一个比较好的解决办法是让CPU直接在其内部实现调试功能,并通过在开发板上引出的调试端口,发送调试命令和接收调试信息,完成调试过程。目前Motorola公司提供的开发板上使用的是DBM调试端口,而ARM公司提供的开发板上使用的则是JTAG调试端口,使用合适的软件工具与这些调试端口进行连接,可以获得与ICE类似的调试效果。

软件调试

软件调试通常要在不同的层次上进行,有时可能需要对嵌入式操作系统的内核进行调试,而有时可能仅仅只需要调试嵌入式应用程序就可以了。在嵌入式系统的整个开发过程中,不同层次上的软件调试需要使用不同的调试方法。

嵌入式操作系统的内核调试相对来讲比较困难,这是因为在内核中不便于增加一个调试器程序,而只能通过远程调试的方法,通过串口和操作系统内置的"调试桩"debug stub)进行通信,共同完成调试过程。调试桩可以看成是一个调试服务器,它通过操作系统获得一些必要的调试信息,并且负责处理宿主机发送来的调试命令。具体到嵌入式Linux系统内核,调试时可以先在Linux内核中设置一个调试桩,用作调试过程中和宿主机之间的通信服务器,然后就可以在宿主机中通过调试器的串口与调试桩进行通信,并通过调试器控制目标机上Linux内核的运行。

嵌入式应用软件的调试可以使用本地调试和远程调试两种方法,相对于操作系统的调试而言,这两种方式都比较简单。如果采用的是本地调试,首先要将所需的调试器移植到目标系统中,然后就可以直接在目标机上运行调试器来调试应用程序了;如果采用的是远程调试,则需要移植一个调试服务器到目标系统中,并通过它与宿主机上的调试器共同完成应用程序的调试。在嵌入式Linux系统的开发中,远程调试时目标机上使用的调试服务器通常是gdbserver,而宿主机上使用的调试器则是gdb,两者相互配合共同完成调试过程。

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