浙江大学嵌入式课件嵌入式系统7

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1、嵌入式系统开发嵌入式系统开发浙江大学计算机学院浙江大学计算机学院浙江大学计算机学院浙江大学计算机学院陈天洲陈天洲陈天洲陈天洲EEEE2005200520052005年年年年3 3 3 3月月月月2 2嵌入式系统开发周期长和产品需要及时上嵌入式系统开发周期长和产品需要及时上市成为矛盾。市成为矛盾。选择是一个问题，学习掌握嵌入式系统结选择是一个问题，学习掌握嵌入式系统结构及其应用更需要时间。构及其应用更需要时间。以开发工具和技术咨询为基础以开发工具和技术咨询为基础的整体解决的整体解决方案是迫切需要的。方案是迫切需要的。3 3一、嵌入式开发的特点一、嵌入式开发的特点1.需要集成软硬件开发环境需要集成

2、软硬件开发环境嵌入式应用软件开发要使用交叉开发环境。嵌入式应用软件开发要使用交叉开发环境。嵌入式应用软件开发要使用交叉开发环境。嵌入式应用软件开发要使用交叉开发环境。交叉开发环境集成了编辑器、交叉编译器、交叉开发环境集成了编辑器、交叉编译器、交叉开发环境集成了编辑器、交叉编译器、交叉开发环境集成了编辑器、交叉编译器、交叉调试器、仿真软件交叉调试器、仿真软件交叉调试器、仿真软件交叉调试器、仿真软件(simulator)(simulator)、工程管、工程管、工程管、工程管理器于一体理器于一体理器于一体理器于一体 商业化的界面友好的同商业化的界面友好的同商业化的界面友好的同商业化的界面友好的同Mi

3、crosoftVisualMicrosoftVisualStudioStudio可视化开发环境相似，免费如可视化开发环境相似，免费如可视化开发环境相似，免费如可视化开发环境相似，免费如GNUGNU工具链运行在字符界面下工具链运行在字符界面下工具链运行在字符界面下工具链运行在字符界面下 交叉开发的硬件环境包括宿主机和目标板。交叉开发的硬件环境包括宿主机和目标板。交叉开发的硬件环境包括宿主机和目标板。交叉开发的硬件环境包括宿主机和目标板。4 42.嵌入式产品开发流程嵌入式产品开发流程元器件选型元器件选型原理图编制原理图编制印制板印制板样板试制样板试制硬件功能测试硬件功能测试BSP调试调试RTOS移

4、植移植协议栈移植协议栈移植应用程序调试应用程序调试系统联调系统联调样机交付样机交付5 53.开发完成后需要进行固化和测试开发完成后需要进行固化和测试嵌入式应用软件在开发完成后，应生成固嵌入式应用软件在开发完成后，应生成固化版本，烧写到目标板的化版本，烧写到目标板的ROM中运行中运行6 64.软件要求更高，开发难度加大软件要求更高，开发难度加大与位开发比较，嵌入式产品开发有如下与位开发比较，嵌入式产品开发有如下特点：前期投入大；开发工具投入高；项特点：前期投入大；开发工具投入高；项目周期长；项目管理和进度控制困难；质目周期长；项目管理和进度控制困难；质量保证要求高。量保证要求高。7 7二、嵌入式

5、开发的流程二、嵌入式开发的流程与通用软件的开发流程大同小异，整个开与通用软件的开发流程大同小异，整个开发过程可分为总体规划、项目立项、需求发过程可分为总体规划、项目立项、需求分析、系统分析、系统设计、系统实现和分析、系统分析、系统设计、系统实现和后续流程后续流程7个阶段。个阶段。8 8(1)(1)总体规划总体规划总体规划总体规划 市场预测市场预测市场预测市场预测技术准备技术准备技术准备技术准备资金准备资金准备资金准备资金准备资料收集资料收集资料收集资料收集资料研究资料研究资料研究资料研究项目需求报告编制项目需求报告编制项目需求报告编制项目需求报告编制项目需求报告讨论项目需求报告讨论项目需求报告

6、讨论项目需求报告讨论准备准备准备准备项目需求报告讨论项目需求报告讨论项目需求报告讨论项目需求报告讨论项目需求报告修改项目需求报告修改项目需求报告修改项目需求报告修改项目需求报告验收项目需求报告验收项目需求报告验收项目需求报告验收 参与者及职责参与者及职责参与者及职责参与者及职责输出成果及后输出成果及后输出成果及后输出成果及后序工作序工作序工作序工作技术可行性实验技术可行性实验技术可行性实验技术可行性实验项目计划书。项目计划书。项目计划书。项目计划书。(2)(2)项目立项项目立项项目立项项目立项 立项申请立项申请立项申请立项申请项目立项评估项目立项评估项目立项评估项目立项评估项目进度计划项目进度

7、计划项目进度计划项目进度计划项目项目项目项目立项审批。立项审批。立项审批。立项审批。(3)(3)需求分析需求分析需求分析需求分析 资料收集资料收集资料收集资料收集需求分析编制需求分析编制需求分析编制需求分析编制讨论准备讨论准备讨论准备讨论准备需求分析需求分析需求分析需求分析讨论讨论讨论讨论需求分析修改需求分析修改需求分析修改需求分析修改需求分析验收。需求分析验收。需求分析验收。需求分析验收。9 9(4)(4)系统分析系统分析系统分析系统分析系统分析准备系统分析准备系统分析准备系统分析准备确定问题域确定问题域确定问题域确定问题域需求建模需求建模需求建模需求建模建立分析对象模型建立分析对象模型建立

8、分析对象模型建立分析对象模型系统分析合并系统分析合并系统分析合并系统分析合并系统分系统分系统分系统分析测试析测试析测试析测试 系统分析修改系统分析修改系统分析修改系统分析修改(测试后测试后测试后测试后)系统分析系统分析系统分析系统分析验收。验收。验收。验收。(5)(5)系统设计系统设计系统设计系统设计系统设计系统设计系统设计系统设计系统设计准备系统设计准备系统设计准备系统设计准备界面设计界面设计界面设计界面设计建建建建立设计模型立设计模型立设计模型立设计模型系统设计合并系统设计合并系统设计合并系统设计合并对象持久化设对象持久化设对象持久化设对象持久化设计计计计详细设计详细设计详细设计详细设计系

9、统设计测试系统设计测试系统设计测试系统设计测试系统设计系统设计系统设计系统设计修改修改修改修改(测试后测试后测试后测试后)系统设计验收。系统设计验收。系统设计验收。系统设计验收。一般采用自顶向下的设计方法。一般采用自顶向下的设计方法。一般采用自顶向下的设计方法。一般采用自顶向下的设计方法。1010(6)(6)系统实现系统实现系统实现系统实现 芯片选型芯片选型芯片选型芯片选型关键电路试验关键电路试验关键电路试验关键电路试验原理图编制原理图编制原理图编制原理图编制原理图原理图原理图原理图评审评审评审评审印制板印制板印制板印制板样板试制样板试制样板试制样板试制硬件功能测试硬件功能测试硬件功能测试硬件

10、功能测试硬硬硬硬件稳定性测试件稳定性测试件稳定性测试件稳定性测试BSPBSP调试调试调试调试RTOSRTOS移植移植移植移植协议栈协议栈协议栈协议栈移植移植移植移植软件代码编制准备软件代码编制准备软件代码编制准备软件代码编制准备软件代码编制软件代码编制软件代码编制软件代码编制软件软件软件软件单元代码走读单元代码走读单元代码走读单元代码走读代码单元测试代码单元测试代码单元测试代码单元测试单元代码修改单元代码修改单元代码修改单元代码修改单元代码回归测试单元代码回归测试单元代码回归测试单元代码回归测试系统联调系统联调系统联调系统联调系统集成测试系统集成测试系统集成测试系统集成测试样机交付样机交付样机

11、交付样机交付文档交付。文档交付。文档交付。文档交付。(7)(7)后续流程后续流程后续流程后续流程 试批量试批量试批量试批量培训安装培训安装培训安装培训安装试运行试运行试运行试运行产品维护产品维护产品维护产品维护批量批量批量批量售后服务售后服务售后服务售后服务产品新版本产品新版本产品新版本产品新版本产品生命周期结束。产品生命周期结束。产品生命周期结束。产品生命周期结束。1111UML的应用的应用I-Logix公司的公司的Rhapsody系列产品系列产品基于统一建模语言基于统一建模语言UML的可视化编程环境的可视化编程环境把把UML各类视图映射为具体目标机程序语各类视图映射为具体目标机程序语言言用

12、于复杂实时嵌入式应用软件从分析、设用于复杂实时嵌入式应用软件从分析、设计一直到代码实现和软件测试的开发环境计一直到代码实现和软件测试的开发环境NASA的火星探路者航天器就是运用的火星探路者航天器就是运用Rhapsody在在VxWorks上开发应用程序。上开发应用程序。1212三、三、开发环境开发环境 嵌入式系统，是指嵌入于嵌入式系统，是指嵌入于嵌入式系统，是指嵌入于嵌入式系统，是指嵌入于宿主设备，智能地完成宿宿主设备，智能地完成宿宿主设备，智能地完成宿宿主设备，智能地完成宿主设备功能的计算主设备功能的计算主设备功能的计算主设备功能的计算/控制系控制系控制系控制系统。统。统。统。嵌入式系统开发环

13、境，是嵌入式系统开发环境，是嵌入式系统开发环境，是嵌入式系统开发环境，是以开发嵌入式系统为目的以开发嵌入式系统为目的以开发嵌入式系统为目的以开发嵌入式系统为目的的工程开发环境。包括办的工程开发环境。包括办的工程开发环境。包括办的工程开发环境。包括办公环境支持、软件支持、公环境支持、软件支持、公环境支持、软件支持、公环境支持、软件支持、硬件设备支持。硬件设备支持。硬件设备支持。硬件设备支持。软件支持，指集成开发环软件支持，指集成开发环软件支持，指集成开发环软件支持，指集成开发环境与软件模拟器等。境与软件模拟器等。境与软件模拟器等。境与软件模拟器等。硬件支持，指仿真器、目硬件支持，指仿真器、目硬件

14、支持，指仿真器、目硬件支持，指仿真器、目标板、示波器、烧录器等。标板、示波器、烧录器等。标板、示波器、烧录器等。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13133.1集成开发系统集成开发系统 集成开发系统提供高效明晰的图形化的嵌入式应用软集成开发系统提供高效明晰的图形化的嵌入式应用软集成开发系统提供高效明晰的图形化的嵌入式应用软集成开发系统提供高效明晰的图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件开发平台，包括一整套完备的面向嵌入式系统的开件开发平台，包括一整套完备的面向嵌入式系统的开件开发平台，包

15、括一整套完备的面向嵌入式系统的开发和调试工具发和调试工具发和调试工具发和调试工具。一般包括编辑器、编译器、连接器、调试器、工程管一般包括编辑器、编译器、连接器、调试器、工程管一般包括编辑器、编译器、连接器、调试器、工程管一般包括编辑器、编译器、连接器、调试器、工程管理器和底层调试接口设备（理器和底层调试接口设备（理器和底层调试接口设备（理器和底层调试接口设备（BDM/JTAGBDM/JTAG仿真器）等仿真器）等仿真器）等仿真器）等 141431.1编译器编译器嵌入式语言：嵌入式语言：嵌入式语言：嵌入式语言：ASM/Ada/C/C+/EC/Java/OP/STAPLASM/Ada/C/C+/EC

16、/Java/OP/STAPLEC+EC+标准标准标准标准 9595年初在日本成立的年初在日本成立的年初在日本成立的年初在日本成立的Embedded C+Embedded C+技术委员技术委员技术委员技术委员 1515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/定址器：因为无法提供dos/windows的动态定位执行能力。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+开发环境开发环境1616

17、嵌入式嵌入式C/C+开发环境开发环境l提供目标调试(remote/rommonitor)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：GNU、CADUL、CodeWarrior、GreenHill、Diab/SDS、IAR、BC/VC+Toolkit.等1717（1 1）早期的）早期的）早期的）早期的FranklinSoftwareInc.FranklinSoftwareInc.的的的的A51/C51A51/C51与与与与KeilSoftwareInc.KeilSoftwareInc.的的的的 CA51/CA251/CA166CA51/CA251/CA166

18、赫赫有名。赫赫有名。赫赫有名。赫赫有名。（2 2）TASKINGInc.TASKINGInc.的的的的C/C+/EC+C/C+/EC+编译器编译器编译器编译器（3 3）CAD-ULInc.CAD-ULInc.提供一整套工具开发提供一整套工具开发提供一整套工具开发提供一整套工具开发X86X86和和和和68K68K。（4 4）WindRiverSystems,Inc.WindRiverSystems,Inc.的的的的DiabC/C+DiabC/C+CompilerSuiteCompilerSuite，应用于，应用于，应用于，应用于pSOSpSOS系统。系统。系统。系统。（5 5）IBMIBM的的的

19、的HighC/C+CompilerHighC/C+Compiler，针对，针对，针对，针对PowerPCPowerPC。（6 6）GNUGNU组织的免费编译器组织的免费编译器组织的免费编译器组织的免费编译器GCCGCC1818交叉编译和链接交叉编译和链接代码生成阶段需要完成的工作包括：编码、交叉代码生成阶段需要完成的工作包括：编码、交叉代码生成阶段需要完成的工作包括：编码、交叉代码生成阶段需要完成的工作包括：编码、交叉编译和链接编译和链接编译和链接编译和链接/交叉调试和测试等。交叉调试和测试等。交叉调试和测试等。交叉调试和测试等。嵌入式一般需要目标代码静态定位到具体地址，嵌入式一般需要目标代码

20、静态定位到具体地址，嵌入式一般需要目标代码静态定位到具体地址，嵌入式一般需要目标代码静态定位到具体地址，由交叉连接由交叉连接由交叉连接由交叉连接/定址器定址器完成这一工作。定址器定址器完成这一工作。定址器定址器完成这一工作。定址器定址器完成这一工作。目前主流嵌入式编译器有：目前主流嵌入式编译器有：目前主流嵌入式编译器有：目前主流嵌入式编译器有：GCC/GDBGCC/GDB、CADULCADUL、CodeWarriorCodeWarrior、GreenHillGreenHill、Diab/SDSDiab/SDS、IARIAR、eVC+/PlatformBuildereVC+/PlatformBu

21、ilder等等等等等。等。等。等。注意字节顺序注意字节顺序注意字节顺序注意字节顺序 19193.1.2调试器调试器远程调试远程调试调试器还是运行于通用桌面操作系统的应调试器还是运行于通用桌面操作系统的应用程序，被调试的程序则运行于基于特定用程序，被调试的程序则运行于基于特定硬件平台的嵌入式操作系统（目标操作系硬件平台的嵌入式操作系统（目标操作系统）。统）。2020问题：问题：调试器与被调试程序如何通信调试器与被调试程序如何通信被调试程序产生异常如何及时通知调试器被调试程序产生异常如何及时通知调试器调试器如何控制、访问被调试程序调试器如何控制、访问被调试程序调试器如何识别有关被调试程序的多任务调

22、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信息并控制某一特定任务调试器如何处理某些与目标硬件平台相关调试器如何处理某些与目标硬件平台相关的信息（如目标平台的寄存器信息、机器的信息（如目标平台的寄存器信息、机器代码的反汇编等）。代码的反汇编等）。2121两种远程调试的方案两种远程调试的方案一插桩（stub）二片上调试（OnChipDebugging）22223.1.2.1插桩（插桩（stub）在目标操作系统和调试器内分别加入某些功能模块，二者互通信息来进行调试。驻留监控软件驻留监控软件ResidentMonitorsResidentMonitors或或或或ROMMonitorROM

23、Monitor插桩插桩插桩插桩StubStub2323步骤步骤1.调试器与被调试程序的通信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）遵循远程调试口（串口、网卡、并口）遵循远程调试协议进行通信。协议进行通信。2.被调试程序产生异常及时通知调试器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号；调试器据此向用户显示被调试程序产生了哪一类异常。产生了哪一类异常。24243.调

24、试器控制、访问被调试程序调试器控制、访问被调试程序调试器控制、访问被调试程序调试器控制、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试调试器的这类请求实际上都将转换成对被调试调试器的这类请求实际上都将转换成对被调试调试器的这类请求实际上都将转换成对被调试程序的地址空间或目标平台的某些寄存器的访程序的地址空间或目标平台的某些寄存器的访程序的地址空间或目标平台的某些寄存器的访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问，目标操作系统接收到这样的请求可以直接问，目标操作系统接收到这样的请求可以直接问，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

25、存储概念的简单的嵌入式处理。对于没有虚拟存储概念的简单的嵌入式处理。对于没有虚拟存储概念的简单的嵌入式处理。对于没有虚拟存储概念的简单的嵌入式操作系统而言，完成这些任务十分容易。操作系统而言，完成这些任务十分容易。操作系统而言，完成这些任务十分容易。操作系统而言，完成这些任务十分容易。4.调试器识别有关被调试程序的多任务信息并控调试器识别有关被调试程序的多任务信息并控调试器识别有关被调试程序的多任务信息并控调试器识别有关被调试程序的多任务信息并控制某一特定任务制某一特定任务制某一特定任务制某一特定任务由目标操作系统提供相关接口。目标系统根据由目标操作系统提供相关接口。目标系统根据由目标操作系统

26、提供相关接口。目标系统根据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的请求，调用该接口调试器发送的关于多任务的请求，调用该接口调试器发送的关于多任务的请求，调用该接口调试器发送的关于多任务的请求，调用该接口提供相应信息或针对某一特定任务进行控制，提供相应信息或针对某一特定任务进行控制，提供相应信息或针对某一特定任务进行控制，提供相应信息或针对某一特定任务进行控制，并返回信息给调试器。并返回信息给调试器。并返回信息给调试器。并返回信息给调试器。25255.调试器处理与目标硬件平台相关的信息调试器处理与目标硬件平台相关的信息第第2条所述调试器应能根据异常号识别目条所述调试器应能

27、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，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。这类工作完全可以由调试器独立完成。支持多种目标平台正是支持多种目标平台正是GNUGDB的一大的一大特色。特色。2626目标操作系统支持目标操作系统支持远程调试协议的通信模块（包括简单的设备驱动）多任务调试接口改写异常处理的有关部分定义一个设置断点的函数2727目标操作系统添加的这些模块统称为目标操作系统添加的这些模块统称为“插桩插桩”若驻留于若驻留于ROM中则称为中则称为ROMmonitor2828通用操作系统也有具备这类模块编译运行于Alpha、Sparc或PowerPC

28、平台的LINUX内核时若将kgdb开关打开，就相当于加入了插桩。2929调试过程调试过程3030Stub的本质的本质软件接管目标系统的全部异常处理（exception handler）及部分中断处理在其中插入调试端口通信模块，与主机的调试器交互不用于正式发布的调试版31313.1.2.2.片上调试片上调试OnChipDebugging片上调试是在处理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状态在该状态下，被调试程序停止运行，主机的调试器可以通过处理器外部特设的通信接口访问各种资源（寄存器、存储器等）并执行指令。主机通信端口与目标板调试通信接口信号转换电路板连接323233

29、33内嵌的控制模块以基于微码的监控器（以基于微码的监控器（microcode monitormicrocode monitor）或纯硬件资源的形式存在或纯硬件资源的形式存在包括一些提供给用户的接口（如断点寄存器等）包括一些提供给用户的接口（如断点寄存器等）具体产品有具体产品有Motorola CPU16Motorola CPU16、CPU32CPU32、ColdfireColdfire系列的系列的BDMBDM（Background Debug Background Debug ModeMode），），Motorola PowerPC 5xxMotorola PowerPC 5xx、8xx8xx

30、系列系列的的EPBDMEPBDM（Embedded PowerPC Embedded PowerPC Background Debug ModeBackground Debug Mode），IBMIBM、TITI的的JTAGJTAG（Joint Test Action DebugJoint Test Action Debug，IEEEIEEE标准）标准），还有，还有OnCEOnCE、MPSDMPSD等等。等等。34343535EPBDM的执行流程相当于用处理器内嵌的调试模块接管中断及异常相当于用处理器内嵌的调试模块接管中断及异常处理。处理。用户通过设置调试许可寄存器（用户通过设置调试许可寄存器

31、（debug enable debug enable registerregister）来指定哪些中断或异常发生后处理器）来指定哪些中断或异常发生后处理器直接进入调试状态，而不是操作系统的处理程序。直接进入调试状态，而不是操作系统的处理程序。1 1、进入调试状态后，内嵌调试模块向外部调试、进入调试状态后，内嵌调试模块向外部调试通信接口发出信号，通知一直在通信接口监听的通信接口发出信号，通知一直在通信接口监听的主机调试器主机调试器2 2、调试器便可通过调试模块使处理器执行任意、调试器便可通过调试模块使处理器执行任意系统指令（相当于特权态）。系统指令（相当于特权态）。36363、所有指令均通过调试

32、模块获取，所有load/store 均直接访问内存，缓存（cache）及存储管理单元（MMU）均不可用4、数据寄存器被映射为一个特殊寄存器DPDR，通过mtspr和mfspr指令访问。5、调试器向处理器送rfi(return from interrupt)指令便结束调试状态，被调试程序继续运行。3737OCD(片上调试片上调试)的特点的特点优点：优点：不占用目标平台的通信端口不占用目标平台的通信端口 无需修改目标操作系统无需修改目标操作系统 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。缺点：缺点：软件工作量的增加软件工作量的增加

33、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 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ROMROM、RAMRAM的初始化程序。的初始化程序。3838JTAG仿真器仿真器 也称为也称为也称为也称为JTAGJTAG调试器调试器调试器调试器 通过通过通过通过CPUCPU芯片的芯片的芯片的芯片的JTAGJTAG边界扫描口进行调试的设备边界扫描口进行调试的设备边界扫描口进行调试的设备边界扫描口进行调试的设备 JTAGJTAG调试的目标程序是在目标板上执行调试的目标程序是在目标板上执行调试的目标程序是在目标

34、板上执行调试的目标程序是在目标板上执行 JTAGJTAG接口还常用于实现接口还常用于实现接口还常用于实现接口还常用于实现ISPISP（In-In-SystemProgrammable;SystemProgrammable;在线编程），对在线编程），对在线编程），对在线编程），对FLASHFLASH等器件等器件等器件等器件进行编程进行编程进行编程进行编程 优点：与插桩方式的缺点相对应，该方式不占用目标平优点：与插桩方式的缺点相对应，该方式不占用目标平优点：与插桩方式的缺点相对应，该方式不占用目标平优点：与插桩方式的缺点相对应，该方式不占用目标平台的通信端口，无需修改目标操作系统，能调试目标操台的

35、通信端口，无需修改目标操作系统，能调试目标操台的通信端口，无需修改目标操作系统，能调试目标操台的通信端口，无需修改目标操作系统，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作系统的启动过程，大大方便了系统开发人员作系统的启动过程，大大方便了系统开发人员作系统的启动过程，大大方便了系统开发人员 缺点：是软件工作量的增加：调试器端除了需补充对目缺点：是软件工作量的增加：调试器端除了需补充对目缺点：是软件工作量的增加：调试器端除了需补充对目缺点：是软件工作量的增加：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，还要针对使用标操作系统多任务的识别、控制等模块，还要针对使用标操作系统

36、多任务的识别、控制等模块，还要针对使用标操作系统多任务的识别、控制等模块，还要针对使用同一芯片的不同开发板编写各类同一芯片的不同开发板编写各类同一芯片的不同开发板编写各类同一芯片的不同开发板编写各类ROMROM、RAMRAM的初始化程的初始化程的初始化程的初始化程序序序序3939在线仿真器在线仿真器(全仿真器、全仿真器、ROM仿真器仿真器)使用仿真头完全取代目标板上的使用仿真头完全取代目标板上的CPU通过连接目标系统上的通过连接目标系统上的ROM插座，实现虚插座，实现虚拟串拟串/ethernet口和口和ROMMonitor可以完全仿真可以完全仿真CPU芯片的行为芯片的行为40403.1.2.3

37、其他调试器原理其他调试器原理代理（agent）针对针对:实时系统，延时，监视点实时系统，延时，监视点trace pointtrace point处理方法：处理方法：监视点缓冲监视点缓冲 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 代理无需通讯代理无需通讯实时监视的可行方案实时监视的可行方案CPU支持串行工作支持串行工作针对指令缓冲针对指令缓冲针对指令缓冲针对指令缓冲41413.1.2.4典型调试器典型调试器AppliedMicrosystemsCorp的的AMCSystemDebugTools（CodeWarrior）SignumSystemsCorp.的

38、的ChameleonDebuggerWindRiverSystems,Inc.的的SingleStep/TornadoDebugger42423.1.3测试器测试器嵌入式微处理器测试嵌入式微处理器测试基准联盟基准联盟基准联盟基准联盟EEMBCEEMBCEEMBCEEMBC（EDN Embedded EDN Embedded EDN Embedded EDN Embedded Microprocessor Benchmark ConsortiumMicroprocessor Benchmark ConsortiumMicroprocessor Benchmark ConsortiumMicrop

39、rocessor Benchmark Consortium）EEMBCEEMBCEEMBCEEMBC的测试标准：的测试标准：的测试标准：的测试标准：40404040多种用于消费类产品、多种用于消费类产品、多种用于消费类产品、多种用于消费类产品、网络、办公自动化及电信产品、汽车和工业网络、办公自动化及电信产品、汽车和工业网络、办公自动化及电信产品、汽车和工业网络、办公自动化及电信产品、汽车和工业产品的产品的产品的产品的C C C C语言综合算法。语言综合算法。语言综合算法。语言综合算法。仅凭硬件凭硬件测试工具来自工具来自动记录嵌入式系嵌入式系统的完整的完整测试结果是不可能的果是不可能的4343测

40、试程序的选择测试程序的选择实际程序实际程序实际程序实际程序用户用来解决问题的实际工作程序用户用来解决问题的实际工作程序用户用来解决问题的实际工作程序用户用来解决问题的实际工作程序.尽管不知道在工尽管不知道在工尽管不知道在工尽管不知道在工作负载中所占的比例作负载中所占的比例作负载中所占的比例作负载中所占的比例.如如如如C C C C编译器编译器编译器编译器,文本编辑器等文本编辑器等文本编辑器等文本编辑器等,有输入有输入有输入有输入,输出输出输出输出,参数参数参数参数核心基准测试程序核心基准测试程序核心基准测试程序核心基准测试程序(kernel benchmark)(kernel benchmar

41、k)(kernel benchmark)(kernel benchmark)从实际程序中抽出来的核心代码段从实际程序中抽出来的核心代码段从实际程序中抽出来的核心代码段从实际程序中抽出来的核心代码段,适于独立评价某适于独立评价某适于独立评价某适于独立评价某一方面的性能一方面的性能一方面的性能一方面的性能 如如如如Livemore Loops(Livemore Loops(Livemore Loops(Livemore Loops(浮点循环浮点循环浮点循环浮点循环),Linpack),Linpack),Linpack),Linpack等等等等4444简单基准测试程序简单基准测试程序简单基准测试程序

42、简单基准测试程序(toy benchmark)(toy benchmark)(toy benchmark)(toy benchmark)事先知道结果的小程序事先知道结果的小程序事先知道结果的小程序事先知道结果的小程序(10100(10100(10100(10100行行行行)如快速排序如快速排序如快速排序如快速排序,八皇后问题八皇后问题八皇后问题八皇后问题 等等等等综合基准程序综合基准程序综合基准程序综合基准程序(synthetic benchmark)(synthetic benchmark)(synthetic benchmark)(synthetic benchmark)根据大量实际程序的

43、统计数据根据大量实际程序的统计数据根据大量实际程序的统计数据根据大量实际程序的统计数据(指令和操作数的使用指令和操作数的使用指令和操作数的使用指令和操作数的使用频度频度频度频度)人为设计编制的程序人为设计编制的程序人为设计编制的程序人为设计编制的程序 如如如如Whetstone,DhrystoneWhetstone,DhrystoneWhetstone,DhrystoneWhetstone,Dhrystone等等等等45454646常见测试工具常见测试工具AppliedMicrosystemsCorp.的的CodeTEST，拥有性能分析、内存分析、，拥有性能分析、内存分析、代码跟踪和高级覆盖率

44、分析四大功能模块。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单元级、集成级和系统级测试。VectorSoftware,Inc的的VectorCAST，功，功能涵盖环境构造器、测试用例产生器、执能涵盖环境构造器、测试用例产生器、执行管理器、测试报告产生器、代码覆盖率、行管理器、测试报告产生器、代码覆盖率、静态分析静态分析47473.2仿真开发仿真开发非硬件平台开发非硬件平台开发1 1源程序模拟器源程序模拟器(Simulator)2 2实时在线仿真系统实时在线仿真系统ICE 4848目前的嵌入式仿真软件大致可分成几类：目前的嵌入式仿真软件大致可分成几类：系统级仿真系统级仿真系

45、统级仿真系统级仿真 目的大多数是快速仿真整个计算机系统目的大多数是快速仿真整个计算机系统目的大多数是快速仿真整个计算机系统目的大多数是快速仿真整个计算机系统 如商业的如商业的如商业的如商业的vmwarevmware、virtualpcvirtualpc、simicssimics、x86-64x86-64、virtiovirtio和自由和自由和自由和自由的的的的plex86plex86、BochsBochs和和和和SimOSSimOS等等等等 用它们研究内核的执行情况则比较困难用它们研究内核的执行情况则比较困难用它们研究内核的执行情况则比较困难用它们研究内核的执行情况则比较困难 嵌入式开发仿真：

46、嵌入式开发仿真：嵌入式开发仿真：嵌入式开发仿真：目标是在通用的目标是在通用的目标是在通用的目标是在通用的LinuxLinux和和和和WindowsWindows平台实现一个仿真集成开发平台实现一个仿真集成开发平台实现一个仿真集成开发平台实现一个仿真集成开发环境，模拟常见的嵌入式计算机系统环境，模拟常见的嵌入式计算机系统环境，模拟常见的嵌入式计算机系统环境，模拟常见的嵌入式计算机系统 如商业的如商业的如商业的如商业的ADSARMulatorADSARMulator和自由的和自由的和自由的和自由的gdb-armulatorgdb-armulator、armulatorarmulator、skyey

47、eskyeye等等等等 指令集仿真指令集仿真指令集仿真指令集仿真:主要用于仿真硬件的详细体系结构主要用于仿真硬件的详细体系结构主要用于仿真硬件的详细体系结构主要用于仿真硬件的详细体系结构 目的是用于硬件的分析、设计和检测，方便系统软件前期开发目的是用于硬件的分析、设计和检测，方便系统软件前期开发目的是用于硬件的分析、设计和检测，方便系统软件前期开发目的是用于硬件的分析、设计和检测，方便系统软件前期开发49491.2.1源程序模拟器源程序模拟器(Simulator)简单的模拟器可以通过指令解释方式逐条执行源简单的模拟器可以通过指令解释方式逐条执行源简单的模拟器可以通过指令解释方式逐条执行源简单的

48、模拟器可以通过指令解释方式逐条执行源程序，分配虚拟存储空间和外设。程序，分配虚拟存储空间和外设。程序，分配虚拟存储空间和外设。程序，分配虚拟存储空间和外设。高级的模拟器可以利用计算机的外部接口模拟出高级的模拟器可以利用计算机的外部接口模拟出高级的模拟器可以利用计算机的外部接口模拟出高级的模拟器可以利用计算机的外部接口模拟出处理器的处理器的处理器的处理器的I/OI/O电气信号。电气信号。电气信号。电气信号。模拟器软件独立于处理器硬件，一般与编译器集模拟器软件独立于处理器硬件，一般与编译器集模拟器软件独立于处理器硬件，一般与编译器集模拟器软件独立于处理器硬件，一般与编译器集成在同一个环境中，是一种

49、有效的源程序检验和成在同一个环境中，是一种有效的源程序检验和成在同一个环境中，是一种有效的源程序检验和成在同一个环境中，是一种有效的源程序检验和测试工具。测试工具。测试工具。测试工具。在指令执行时间、中断响应、定时器等方面很可在指令执行时间、中断响应、定时器等方面很可在指令执行时间、中断响应、定时器等方面很可在指令执行时间、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。能与实际处理器有相当的差别。能与实际处理器有相当的差别。能与实际处理器有相当的差别。和和和和ICEICE有区别有区别有区别有区别、5050优点优点模拟器软件独立于处理器硬件模拟器软件独立于处理器硬件一般与编译器集成在同一

50、个环境中一般与编译器集成在同一个环境中有效的源程序检验和测试工具。有效的源程序检验和测试工具。5151缺点缺点以一种处理器模拟另一种处理器的运行，以一种处理器模拟另一种处理器的运行，在指令执行时间、中断响应、定时器等方在指令执行时间、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面很可能与实际处理器有相当的差别它无法和它无法和ICE一样，仿真嵌入式系统在应一样，仿真嵌入式系统在应用系统中的实际执行情况。用系统中的实际执行情况。5252ChipView-x51forWindows5353ChipView-166forWindows5454SystemView55555656WinCE的的P

51、ocket系列模拟器系列模拟器57573.2.2实时在线仿真系统实时在线仿真系统ICE-仿真器仿真器ICEICE具有三大功能具有三大功能具有三大功能具有三大功能 ICEICE排除了设计逻辑错误。排除了设计逻辑错误。排除了设计逻辑错误。排除了设计逻辑错误。通过实际执行，对应通过实际执行，对应通过实际执行，对应通过实际执行，对应用程序进行原理性检验，可以发现人的思维不能发现用程序进行原理性检验，可以发现人的思维不能发现用程序进行原理性检验，可以发现人的思维不能发现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。的问题。的问题。的问题。ICEICE可以发现与排除硬件干扰等引起的异常执可以发现与

52、排除硬件干扰等引起的异常执可以发现与排除硬件干扰等引起的异常执可以发现与排除硬件干扰等引起的异常执行行为。行行为。行行为。行行为。通过在应用系统中仿真微控制器的实时执通过在应用系统中仿真微控制器的实时执通过在应用系统中仿真微控制器的实时执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。行，系统的异常执行行为得到制止。行，系统的异常执行行为得到制止。行，系统的异常执行行为得到制止。高级的高级的高级的高级的ICEICE带有完善的跟踪功能。带有完善的跟踪功能。带有完善的跟踪功能。带有完善的跟踪功能。它可以将应它可以将应它可以将应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

53、反应、用系统的实际状态变化、微控制器对状态变化的反应、用系统的实际状态变化、微控制器对状态变化的反应、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以及应用系统对控制的响应等以一种录像的方式连续以及应用系统对控制的响应等以一种录像的方式连续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。记录下来，以供分析，在分析中优化控制过程。记录下来，以供分析，在分析中优化控制过程。记录下来，以供分析，在分析中优化控制过程。5858ICE不仅是软件硬件排错工具，同时也不仅是软件硬件排错工具，同时也是提高和优化系统性能指标

54、的工具是提高和优化系统性能指标的工具高档高档ICE工具工具(如美国如美国NOHAU公司的产品公司的产品)是可根据用户投资裁剪功能的系统，亦可是可根据用户投资裁剪功能的系统，亦可根据需要选择配置各种档次的实时逻辑跟根据需要选择配置各种档次的实时逻辑跟踪器踪器(Trace)、实时映象存储器、实时映象存储器(Shadow RAM)及程序效率实时分析功能及程序效率实时分析功能(PPA)。5959常见常见ICEAppliedMicrosystemsCorp.的的CodeICE/EL/CodeTAP/SuperTAP/PowerTAP仿真器仿真器Lauterbach,Inc.的的TRACE32-ICE仿真

55、仿真器器SignumSystemsCorp.的的Signum系列系列仿真器仿真器EmbeddedSupportToolsCorp.的的visionICE仿真器仿真器http:/6060EMUL-ARMSupportstheARM7andARM9CORESEMUL-PPCEmulatorSupportingtheXilinxPowerPCFamily61613.3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寄存器浏览l单步/断点设置l跟踪l程序下载执行lFlash烧写l操作系统任务级状态查看62623.4仿真器与调试器的历史仿真器与调试器的历史l全仿真器使用硬件仿真芯片和仿真内存，连接困

56、难，价格昂贵。如常见的51仿真器.lRommonitor调试器的一场革命，最廉价的一种方式，烧入Flash的一段小程序，可通过串/并/ethernet口调试6363仿真器与调试器的历史仿真器与调试器的历史lRom仿真器通过连接目标系统上的Rom插座，实现虚拟串/ethernet口和Rommonitor.与Rom下载器不同。lRommonitor与Rom仿真器的优点：Cpu无关，下载程序速度快。价格便宜。monitor程序的“鸡，蛋”悖论Rom仿真器对C/C+开发环境的支持很重要。6464仿真器与调试器的历史仿真器与调试器的历史lBDM背景调试模式，由motorola提出，把相应调试微码放入处理

57、器，使用高速串口进行访问。（rommonitor的进一步扩展）lJTAG边界扫描协议，是IEEE规范，目前是主流。使外界可以访问ASIC内部寄存器的技术。6565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。同样能够直接控制处理器硬件，在单板的硬件调试能力比rommonitor强。价格便宜/连接方便仿真器使用仿真内存，调试器需要目标板。仿真器支持硬件断点能力强仿真器可以支持trace功能，排错能力强6666四、四、主要开发工具主要开发工具6767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

58、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，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

59、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。68684.1MontaVistaLinux 跨平台开发，它支持跨平台开发，它支持跨平台开发，它支持跨平台开发，它支持1414个主机个主机个主机个主机开发环境，包括开发环境，包括开发环境，包括开发环境，包括RedHatRedHat、Y

60、ellowDogLinuxYellowDogLinux、SuSESuSE、MandrakeMandrake、SolarisSolaris以及以及以及以及VMWareonWindowsVMWareonWindowsNT/2000NT/2000 本提供了本提供了本提供了本提供了215215多个主机配套工多个主机配套工多个主机配套工多个主机配套工具和嵌入式目标平台开发组件具和嵌入式目标平台开发组件具和嵌入式目标平台开发组件具和嵌入式目标平台开发组件软件包软件包软件包软件包 扩展了针对嵌入式跨平台开发扩展了针对嵌入式跨平台开发扩展了针对嵌入式跨平台开发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

61、持的各类开放源代码工具的支持的各类开放源代码工具的支持的各类开放源代码工具的支持 支持支持支持支持x86x86和和和和PowerPCPowerPC平台的平台的平台的平台的LinuxLinux跟踪工具（包括内核性跟踪工具（包括内核性跟踪工具（包括内核性跟踪工具（包括内核性能和执行分析器）能和执行分析器）能和执行分析器）能和执行分析器）ext3ext3日志文件系统日志文件系统日志文件系统日志文件系统69694.2CodeWarrior*IDE 提供统一的图形用户界面提供统一的图形用户界面提供统一的图形用户界面提供统一的图形用户界面来集成各种开发工具，支来集成各种开发工具，支来集成各种开发工具，支来

62、集成各种开发工具，支持多种主机平台、多种编持多种主机平台、多种编持多种主机平台、多种编持多种主机平台、多种编程语言、多种处理器和多程语言、多种处理器和多程语言、多种处理器和多程语言、多种处理器和多种实时操作系统，称为下种实时操作系统，称为下种实时操作系统，称为下种实时操作系统，称为下一代集成开发环境。一代集成开发环境。一代集成开发环境。一代集成开发环境。包括以下模块：编辑器、包括以下模块：编辑器、包括以下模块：编辑器、包括以下模块：编辑器、源码浏览器、搜索引擎、源码浏览器、搜索引擎、源码浏览器、搜索引擎、源码浏览器、搜索引擎、构造系统、调试器、工程构造系统、调试器、工程构造系统、调试器、工程构

63、造系统、调试器、工程管理器管理器管理器管理器 支持多语言、多平台，界支持多语言、多平台，界支持多语言、多平台，界支持多语言、多平台，界面统一面统一面统一面统一 PluginPlugin设计：根据不同开设计：根据不同开设计：根据不同开设计：根据不同开发发发发IDEIDE的需要，提供特殊的需要，提供特殊的需要，提供特殊的需要，提供特殊的服务软件的服务软件的服务软件的服务软件 70704.3MULTI*IDE 支持多语言、多目标系统支持多语言、多目标系统支持多语言、多目标系统支持多语言、多目标系统的高度集成化系统。包括：的高度集成化系统。包括：的高度集成化系统。包括：的高度集成化系统。包括：工程生成

64、工具工程生成工具工程生成工具工程生成工具 源代码调试器源代码调试器源代码调试器源代码调试器 事件分析器事件分析器事件分析器事件分析器 性能分析器性能分析器性能分析器性能分析器 实时错误检查工具实时错误检查工具实时错误检查工具实时错误检查工具 图形浏览器图形浏览器图形浏览器图形浏览器 文本编辑器文本编辑器文本编辑器文本编辑器 版本控制系统版本控制系统版本控制系统版本控制系统71714.4CAD-ULWorkbench*（1 1）提供工程模板。）提供工程模板。）提供工程模板。）提供工程模板。（2 2）工程导向的软件开发过程管理。）工程导向的软件开发过程管理。）工程导向的软件开发过程管理。）工程导向

65、的软件开发过程管理。（3 3）通过工具管理器灵活配置选用）通过工具管理器灵活配置选用）通过工具管理器灵活配置选用）通过工具管理器灵活配置选用各开发工具。各开发工具。各开发工具。各开发工具。（4 4）在工具管理器中通过对话框来）在工具管理器中通过对话框来）在工具管理器中通过对话框来）在工具管理器中通过对话框来设置修改各工具选项，并提供在线设置修改各工具选项，并提供在线设置修改各工具选项，并提供在线设置修改各工具选项，并提供在线帮助。帮助。帮助。帮助。（5 5）可灵活植入其它开发工具。）可灵活植入其它开发工具。）可灵活植入其它开发工具。）可灵活植入其它开发工具。（6 6）可浏览工程文件和外部文件的

66、）可浏览工程文件和外部文件的）可浏览工程文件和外部文件的）可浏览工程文件和外部文件的引用从属关系。引用从属关系。引用从属关系。引用从属关系。（7 7）包含一个具备语法检查功能的）包含一个具备语法检查功能的）包含一个具备语法检查功能的）包含一个具备语法检查功能的标准源代码编辑器，也可植入外部标准源代码编辑器，也可植入外部标准源代码编辑器，也可植入外部标准源代码编辑器，也可植入外部编辑器。编辑器。编辑器。编辑器。（8 8）图形对象的浏览器，用于工程）图形对象的浏览器，用于工程）图形对象的浏览器，用于工程）图形对象的浏览器，用于工程源码分析。源码分析。源码分析。源码分析。（9 9）支持版本控制功能。）支持版本控制功能。）支持版本控制功能。）支持版本控制功能。72724.5QNXMomentics（QNX6.2）C,C+,Embedded C+C,C+,Embedded C+及及及及JavaJava代码代码代码代码开发器开发器开发器开发器 源代码调试器源代码调试器源代码调试器源代码调试器 内存分析器内存分析器内存分析器内存分析器 系统剖析器系统剖析器系统剖析器系统剖析器 系统生成器系统生成器系