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1、电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心第九章第九章嵌入式系统软件的开发嵌入式系统软件的开发电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心主要内容主要内容 嵌入式软件开发工具嵌入式软件开发工具 嵌入式系统开发模式嵌入式系统开发模式 实时软件分析设计方法实时软件分析设计方法电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心第一节第一节嵌入式软件开发工具嵌入式软件开发工具嵌入式软件开发工具的分类嵌入式软件开发工具的分类嵌入式软件的交叉开发环境嵌入式软件的交叉开发环

2、境嵌入式软件实现阶段的开发过程嵌入式软件实现阶段的开发过程嵌入式软件开发工具的发展趋势嵌入式软件开发工具的发展趋势电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件开发工具嵌入式软件开发工具“工欲善其事，必先利其工欲善其事，必先利其器器”嵌入式软件开发工具的嵌入式软件开发工具的集成度集成度和和可用性可用性将直接关将直接关系到嵌入式系统的开发效系到嵌入式系统的开发效率。率。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件开发工具的分类嵌入式软件开发工具的分类嵌入式软件开发阶段嵌入式软件开发阶段 电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心

3、嵌入式软件开发工具的分类嵌入式软件开发工具的分类根据不同的阶段，嵌入式软件开发工具根据不同的阶段，嵌入式软件开发工具可以分为：可以分为：需求分析工具（Requirement Analysis Tools）软件设计工具(Software Design Tools)编码、调试工具(Coding Tools)测试工具(Testing Tools)配置管理工具、维护工具等电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心主要嵌入式软件开发工具产品主要嵌入式软件开发工具产品RequirementAnalysisSoftwareDesignCodingTestReleasePhasesTAUOb

4、jectGeodeRational Rose RealTimeRhapsodyTornadopRISM+SpectraWin CE PlatformBuilderCodeWarriorXray DebuggerLogiscopeCodeTESTLambdaTOOL电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件开发工具的分类嵌入式软件开发工具的分类 嵌入式软件的开发可以分为以下几种嵌入式软件的开发可以分为以下几种 ：编写简单的板级测试软件，主要是辅助硬件的调试 开发基本的驱动程序 开发特定嵌入式操作系统的驱动程序（板级支持包）开发嵌入式系统软件，如：嵌入式操作系统等 开发

5、应用软件电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件开发工具的分类嵌入式软件开发工具的分类 从以上嵌入式软件开发分类来看，嵌入式从以上嵌入式软件开发分类来看，嵌入式软件开发工具可以分为：软件开发工具可以分为：与嵌入式OS相关的开发工具，用于开发：基于嵌入式OS的应用 部分驱动程序等与嵌入式OS无关的开发工具，用于开发：基本的驱动程序 辅助硬件调试程序 系统软件等电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件的交叉开发环境嵌入式软件的交叉开发环境 交叉开发环境交叉开发环境是指用于嵌入式软件开发的是指用于嵌入式软件开发的所有工具软件的集合，一般包括

6、：所有工具软件的集合，一般包括：文本编辑器交叉编译器交叉调试器仿真器下载器等 交叉开发环境由交叉开发环境由宿主机宿主机和和目标机目标机组成，宿组成，宿主机与目标机之间在主机与目标机之间在物理连接物理连接的基础上建的基础上建立起立起逻辑连接逻辑连接。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心交叉开发环境交叉开发环境目标机硬件目标机硬件目标机应用系统目标机应用系统 应用软件 应用中间件 目标机OS宿主机硬件宿主机硬件宿主机宿主机OS调调试试代代理理运运行行库库宿主机开发环境宿主机开发环境 编辑 编译 连接 调试运行平台TargetTarget开发平台Host电子科技大学嵌入式软件

7、工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件的交叉开发环境嵌入式软件的交叉开发环境 宿主机（宿主机（HostHost）：是用于开发嵌入式系统的计算：是用于开发嵌入式系统的计算机。一般为机。一般为PCPC机（或者工作站），具备丰富的软机（或者工作站），具备丰富的软硬件资源，为嵌入式软件的开发提供全过程支持。硬件资源，为嵌入式软件的开发提供全过程支持。目标机（目标机（TargetTarget）：即所开发的嵌入式系统，是：即所开发的嵌入式系统，是嵌入式软件的运行环境，其硬件软件是为特定应嵌入式软件的运行环境，其硬件软件是为特定应用定制的。用定制的。在开发过程中，目标机端需接收和执行宿主机发在开发

8、过程中，目标机端需接收和执行宿主机发出的各种命令如设置断点、读内存、写内存等，出的各种命令如设置断点、读内存、写内存等，将结果返回给宿主机，配合宿主机各方面的工作。将结果返回给宿主机，配合宿主机各方面的工作。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件的交叉开发环境嵌入式软件的交叉开发环境 物理连接和逻辑连接物理连接和逻辑连接 物理连接物理连接是指宿主机与目标机通过物理线路连接在一起，连接方式主要有三种：串口 以太口 OCD（On Chip Debug）方式，如JTAG、BDM等物理连接是逻辑连接的基础。逻辑连接逻辑连接指宿主机与目标机间按某种通信协议建立起来的通信连

9、接，目前逐步形成了一些通信协议的标准。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件实现阶段的开发过程嵌入式软件实现阶段的开发过程 设计完成后，嵌入式软件的开发进入实现阶段，设计完成后，嵌入式软件的开发进入实现阶段，可分为三个步骤：生成、调试和固化运行。可分为三个步骤：生成、调试和固化运行。软件的生成软件的生成主要是在宿主机上进行，利用各种工具完成对应用程序的编辑、交叉编译和链接工作，生成可供调试或固化的目标程序。调试调试是通过交叉调试器完成软件的调试工作。调试完成后还需进行必要的测试工作。固化运行固化运行是先用一定的工具将应用程序固化到目标机上，然后启动目标机，在没有

10、任何工具干预的情况下应用程序能自动地启动运行。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件生成阶段嵌入式软件生成阶段 三个过程三个过程 源代码程序的编写 编译成各个目标模块 链接成可供下载调试或固化的目标程序编辑器编辑器交叉编交叉编译器译器交叉链交叉链接器接器源程序源程序目标目标模块模块可供调可供调试试/固固化化库文件库文件电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心交叉编译交叉编译 把在宿主机上编写的高级语言程序编译成把在宿主机上编写的高级语言程序编译成可以运行在目标机上的代码，即在宿主机可以运行在目标机上的代码，即在宿主机上能够编译生成另一种上能够

11、编译生成另一种CPUCPU（嵌入式微处理（嵌入式微处理器）上的二进制程序。器）上的二进制程序。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件的调试嵌入式软件的调试 交叉调试器交叉调试器是指调试程序和被调试程序运行在不同机器上的调试器调试器通过某种方式能控制目标机上被调试程序的运行方式通过调试器能查看和修改目标机上的内存、寄存器以及被调试程序中的变量等电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心交叉调试交叉调试非交叉调试非交叉调试调试器和被调试程序运行在不同调试器和被调试程序运行在不同的计算机上的计算机上调试器和被调试程序运行在同一调试器和被调试程序运行在

12、同一台计算机上台计算机上可独立运行，无需操作系统支持可独立运行，无需操作系统支持需要操作系统的支持需要操作系统的支持被调试程序的装载由调试器完成被调试程序的装载由调试器完成被调试程序的装载由专门的被调试程序的装载由专门的LoaderLoader程序完成程序完成需要通过外部通信的方式来控制需要通过外部通信的方式来控制被调试程序被调试程序不需要通过外部通信的方式来控不需要通过外部通信的方式来控制被调试程序制被调试程序可以直接调试不同指令集的程序可以直接调试不同指令集的程序只能直接调试相同指令集的程序只能直接调试相同指令集的程序电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件的

13、调试嵌入式软件的调试 交叉调试方式交叉调试方式 Crash and Burn Rom Monitor Rom Emulator In Circuit Emulator On Chip Debugging SimulatorSimulator方式（非交叉）方式（非交叉）电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心Crash and Burn 最早的最早的嵌入式嵌入式应用软应用软件调试件调试方法。方法。在宿主机上编写代码在宿主机上编写代码反复检查代码，直到编译反复检查代码，直到编译通过，生成可执行程序通过，生成可执行程序将程序固化（将程序固化（Burn）到目标机的非易失）到目标机的

14、非易失性存储器（性存储器（E2PROM、FLASH等）中等）中在宿主机上反复检查在宿主机上反复检查码，查找问题根源码，查找问题根源改写代码改写代码启动目标机运行，观启动目标机运行，观察程序是否正常工作察程序是否正常工作NY结束结束电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ROM Monitor ROM MonitorROM Monitor是被固化且运行在目标机上的是被固化且运行在目标机上的一段程序，负责监控目标机上被调试程序一段程序，负责监控目标机上被调试程序的运行，与宿主机端的调试器一起完成对的运行，与宿主机端的调试器一起完成对应用程序的调试。应用程序的调试。调试器与调试器

15、与ROM MonitorROM Monitor之间的通信遵循远程之间的通信遵循远程调试协议。调试协议。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ROM Monitor调试方式调试方式调试器调试器Windows或其它桌或其它桌面操作系统面操作系统PC机等硬件机等硬件嵌入式嵌入式硬件硬件监控程监控程序序(ROM Monitor)被调试被调试程序程序宿主机宿主机目标机目标机逻辑上的连接逻辑上的连接物理上的连接物理上的连接电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ROM Monitor 在目标机上电或复位后首先执行的就是在目标机上电或复位后首先执行的就是ROM RO

16、M MonitorMonitor，它对目标机进行一些必要的初始，它对目标机进行一些必要的初始化化 初始化要求的外围设备，如最基本的串口和用于内存刷新的系统计时器芯片；初始化用于下载映像的内存系统；初始化中断控制器和安装中断处理程序。初始化自己的程序空间初始化自己的程序空间 等待宿主机端的命令等待宿主机端的命令电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ROM Monitor ROM MonitorROM Monitor能配合调试器完成：能配合调试器完成：程序映像下载 对目标机系统内存的读写 对寄存器的读写 设置和清除不同类型的断点 单步执行指令 复位系统 等调试功能电子科技大学

17、嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ROM Monitor调试过程调试过程（1 1）启动目标机，监控器掌握对目标机的控制，等待和）启动目标机，监控器掌握对目标机的控制，等待和调试器建立连接；调试器建立连接；（2 2）启动调试器，并和监控器建立起通信连接；）启动调试器，并和监控器建立起通信连接；（3 3）使用调试器将应用程序下载到目标机上的）使用调试器将应用程序下载到目标机上的RAMRAM空间空间中；中；（4 4）使用调试器进行调试，发出各种调试命令，监控器）使用调试器进行调试，发出各种调试命令，监控器解释并执行这些命令，通过目标机上的各种异常来解释并执行这些命令，通过目标机上的各种

18、异常来获取对目标机的控制，将命令执行结果回传给调试获取对目标机的控制，将命令执行结果回传给调试器；器；（5 5）如果程序有问题，在调试器的帮助下定位错误；修）如果程序有问题，在调试器的帮助下定位错误；修改之后再重新编译链接并下载程序，开始新的调试，改之后再重新编译链接并下载程序，开始新的调试，如此反复直至程序正确运行为止。如此反复直至程序正确运行为止。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ROM Monitor优点优点1)1)提高调试程序的效率提高调试程序的效率 ，缩短开发周期，缩短开发周期，降低成本降低成本2)2)简单、方便简单、方便3)3)可扩展性强，可支持许多高级调

19、试功能可扩展性强，可支持许多高级调试功能4)4)成本低廉，不需专门的调试硬件支持成本低廉，不需专门的调试硬件支持5)5)几乎所有的交叉调试器都支持这种方式几乎所有的交叉调试器都支持这种方式 电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ROM Monitor缺点缺点1)1)Debug MonitorDebug Monitor需要用需要用Crash and BurnCrash and Burn方法开发。方法开发。2)2)当当ROM MonitorROM Monitor占用占用CPUCPU时，应用程序不响应外部的中断，时，应用程序不响应外部的中断，因此不便调试有时间特性的程序。因此不

20、便调试有时间特性的程序。3)3)某些调试功能依赖于某些调试功能依赖于CPUCPU硬件的支持（如硬件断点功能）硬件的支持（如硬件断点功能）4)4)ROM MonitorROM Monitor要占用目标机一定数量的资源，如要占用目标机一定数量的资源，如CPUCPU、RAMRAM、ROMROM和通信设备等资源。和通信设备等资源。5)5)调试环境不同于实际目标环境。调试环境不同于实际目标环境。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心仿真开发方式仿真开发方式嵌入式应用的开发经常会遭遇缺少目标嵌入式应用的开发经常会遭遇缺少目标机环境、缺乏目标机芯片等资源的问题，机环境、缺乏目标机芯片等

21、资源的问题，而开发过程又不可能停止，因此自然就而开发过程又不可能停止，因此自然就提出了根据不同的应用需要，利用仿真提出了根据不同的应用需要，利用仿真器件、仿真环境进行开发的方法。器件、仿真环境进行开发的方法。硬件仿真开发硬件仿真开发ROM EmulatorICEOCD软件仿真开发软件仿真开发电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ROM EmulatorROM EmulatorROM Emulator是一种用于替代目标机上的是一种用于替代目标机上的ROMROM芯片的设备，即芯片的设备，即ROMROM仿真器。利用这种仿真器。利用这种设备，目标机可以没有设备，目标机可以没有RO

22、MROM芯片，但目标机芯片，但目标机的的CPUCPU可以读取可以读取ROM EmulatorROM Emulator设备上设备上ROMROM芯芯片的内容：片的内容：ROM EmulatorROM Emulator设备上的设备上的ROMROM芯片芯片的地址可以实时地映射到目标机的的地址可以实时地映射到目标机的ROMROM地址地址空间，从而仿真（空间，从而仿真（EmulationEmulation）目标机的）目标机的ROMROM。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ROM EmulatorROM EmulatorROM Emulator的调试方式是一种不完全的的调试方式是一

23、种不完全的调试方式：调试方式：ROM EmulatorROM Emulator设备只是为目标设备只是为目标机提供机提供ROMROM芯片和在芯片和在TargetTarget和和HostHost间建立一间建立一条高速的通信通道，因此它经常和前面两条高速的通信通道，因此它经常和前面两种调试方式结合起来形成一种完备的调试种调试方式结合起来形成一种完备的调试方式。方式。ROM EmulatorROM Emulator的典型应用就是和的典型应用就是和ROM ROM MonitorMonitor的调试方式相结合。的调试方式相结合。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ROM Emula

24、tor 优点优点目标机可以没有目标机可以没有ROMROM芯片、可以使用芯片、可以使用ROM ROM EmulatorEmulator提供的提供的ROMROM空间且不需要用别的工空间且不需要用别的工具来写具来写ROMROM。缺点缺点目标机必须能支持外部目标机必须能支持外部ROMROM存储空间，而且存储空间，而且由于其通常要和由于其通常要和ROM MonitorROM Monitor配合使用，因配合使用，因此它拥有此它拥有ROM MonitorROM Monitor的所有缺点。的所有缺点。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ICE ICEICE（In-Circuit Emu

25、latorIn-Circuit Emulator）是一种用于）是一种用于替代目标机上替代目标机上CPUCPU的设备，即在线仿真器。的设备，即在线仿真器。它比一般的它比一般的CPUCPU有更多的引出线，能够将内有更多的引出线，能够将内部的信号输出到被控制的目标机。部的信号输出到被控制的目标机。ICEICE上的上的MemoryMemory也可以被映射到用户的程序也可以被映射到用户的程序空间，这样即使目标机不存在的情形下也空间，这样即使目标机不存在的情形下也可以进行代码的调试。可以进行代码的调试。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心宿主开发平台目标平台ICEICE调试结构调试

26、结构 连接连接ICEICE和目标机时，一般是将目标机的和目标机时，一般是将目标机的CPUCPU取取下，而将下，而将ICEICE的的CPUCPU引出线接到目标机的引出线接到目标机的CPUCPU插插槽。槽。用用ICEICE进行调试时，在进行调试时，在HostHost端运行的调试器通端运行的调试器通过过ICEICE来控制目标机上运行的程序。来控制目标机上运行的程序。ICE电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ICE功能特点功能特点同时支持同时支持软断点软断点和和硬件断点硬件断点的设置的设置设置各种复杂的断点和触发器设置各种复杂的断点和触发器实时跟踪目标程序的运行，并可实现选择性

27、的实时跟踪目标程序的运行，并可实现选择性的跟踪跟踪支持支持“Time Stamp”Time Stamp”允许用户设置允许用户设置“Timer”Timer”提供提供“Shadow RAM”Shadow RAM”，能在不中断被调试程序，能在不中断被调试程序的运行下查看内存和变量即非干扰调试查询的运行下查看内存和变量即非干扰调试查询电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心ICE适用于：适用于：1)1)调试实时的应用系统调试实时的应用系统2)2)调试设备驱动程序调试设备驱动程序3)3)对硬件进行功能和性能的测试对硬件进行功能和性能的测试4)4)实时性能分析实时性能分析缺点：缺点：1

28、)1)价格太昂贵，不利于团队开发价格太昂贵，不利于团队开发2)2)所仿所仿CPUCPU有限有限电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心OCDOCDOCD（On Chip DebuggingOn Chip Debugging）是）是CPUCPU芯片提供芯片提供的一种调试功能（片上调试），可以认为的一种调试功能（片上调试），可以认为是一种廉价的是一种廉价的ICEICE功能：功能：OCDOCD的价格只有的价格只有ICEICE的的20%20%，但提供了，但提供了ICE 80%ICE 80%的功能。的功能。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心OCD调试结构调试

29、结构调试器调试器Windows或其它桌或其它桌面操作系统面操作系统PC机等硬件机等硬件被调试程序被调试程序OCD接接口口嵌入式嵌入式硬件硬件宿主机宿主机目标机目标机逻辑上的连接逻辑上的连接物理连接物理连接仿真器仿真器针形连接器针形连接器并口、串口并口、串口或网络接口或网络接口为特定处理为特定处理器而建造器而建造电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心OCD调试方法调试方法1)1)将将CPUCPU的模式分为的模式分为一般模式一般模式和和调试模式调试模式2)2)一般模式下，一般模式下，CPUCPU从内存读取指令执行从内存读取指令执行3)3)调试模式下，调试模式下，CPUCPU首

30、先从首先从调试端口调试端口读取指令，通过调试读取指令，通过调试端口可以控制端口可以控制CPUCPU进入和退出调试模式；进入和退出调试模式；HostHost端的调试端的调试器可以直接向目标机发送要执行的指令，读写目标机的器可以直接向目标机发送要执行的指令，读写目标机的内存和各种寄存器，控制目标程序的运行以及完成各种内存和各种寄存器，控制目标程序的运行以及完成各种复杂的调试功能。复杂的调试功能。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心OCD优点优点1)1)不占用目标机的资源不占用目标机的资源2)2)调试环境和最终的程序运行环境基本一致调试环境和最终的程序运行环境基本一致3)3)

31、支持软硬断点、支持软硬断点、TraceTrace功能功能4)4)精确计量程序的执行时间精确计量程序的执行时间5)5)提供时序分析功能提供时序分析功能电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心OCD缺点缺点1)1)调试的实时性不如调试的实时性不如ICEICE2)2)不支持非干扰调试查询不支持非干扰调试查询3)3)CPUCPU必需具有必需具有OCDOCD功能功能电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心OCD存在各种实现存在各种实现BDM（Background Debugging Mode）JTAG（Joint Test Access Group）（主流方式）（

32、主流方式）OnCE（On Chip Emulation）电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心各种各种OCD仿真器实例仿真器实例电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心边界扫描技术（边界扫描技术（JTAGJTAG）JTAGJTAG标准测试访问接口与边界扫描结构标准测试访问接口与边界扫描结构（Standard Test Access Port and Boundary Standard Test Access Port and Boundary Scan ArchitectureScan Architecture），已），已被被IEEE1149.1IEE

33、E1149.1标准标准所采纳所采纳，是面向用户的测试接口，是面向用户的测试接口。该接口一般由该接口一般由4 4个引脚组成：个引脚组成：测试数据输入（TDI）测试数据输出（TDO）测试时钟（TCK）测试模式选择引脚（TMS）异步测试复位引脚（TRST，可选）电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心边界扫描技术（边界扫描技术（JTAGJTAG）优点优点 可以通过边界扫描操作测试整个板的电气连接，特别为表面贴元件提供方便 各个引脚信号的采样，并可强制引脚输出用以测试外围芯片 可以软件下载、执行、调试和控制，为复杂的实时跟踪调试提供路径 可以进行多内核和多处理器的板级和芯片级的调试

34、，通过串接，为芯片制造商提供芯片生产、测试的途径 不占用系统资源，能够调试没有外部总线的芯片，代价非常小 电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心边界扫描技术（边界扫描技术（JTAGJTAG）缺点缺点 通过串口依次传递数据，速度比较慢 只能进行软件断点级别的调试 不能完成实时跟踪和多种事件触发等复杂调试功能 几种增强版本几种增强版本 ARM芯片的实时调试方案（E-TRACE）背景调试模式BDM 片上仿真OnCE 电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心NexusNexus标准标准 提出一个在提出一个在JTAGJTAG之上的嵌入式处理器调试的统一之上的嵌入

35、式处理器调试的统一标准标准 将调试开发分成四级将调试开发分成四级 第一级使用JTAG的简单静态调试；第二级支持编程跟踪和实时多任务的跟踪，并允许用户用I/O引脚作为多路复用辅助调试口；第三级包括处理器运行时的数据写入跟踪和存储器的读写跟踪；第四级增加了存储替换并触发复杂的硬件断点。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心NexusNexus标准标准 通过通过Nexus Nexus 标准可以解决以下问题标准可以解决以下问题 调试内部总线没有引出的处理器，如含有片内存储器的芯片 传统在线仿真器无法实现的高速调试 深度流水线和有片上Cache的芯片，能够探测具体哪条指令被取指和最

36、终执行 可以稳定地进行多内核处理器的调试 电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心Simulator交叉开发方式存在如下缺点：交叉开发方式存在如下缺点：硬件支持硬件支持 必须有目标机或评估板必须有目标机或评估板 易使用性易使用性普通编程人员不熟悉普通编程人员不熟悉 廉价性廉价性成本高成本高 可移植性、可扩展性可移植性、可扩展性不高不高 团队开发团队开发较难较难 开发周期开发周期较长较长电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心Simulator 一种软件仿真器，在宿主机上创建一个虚拟的一种软件仿真器，在宿主机上创建一个虚拟的目标机环境，再将应用系统下载到这

37、个虚拟目目标机环境，再将应用系统下载到这个虚拟目标机上运行调试。标机上运行调试。软件仿真的对象软件仿真的对象仿真处理器仿真外设仿真环境软件仿真的级别软件仿真的级别指令级仿真开发API级仿真开发电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心宿主机 OS编辑：C、C+编译、链接应用仿真开发环境示意图调试目标操作系统库TOSLib应用编程接口API仿真调试代理EDA应用系统通信用户虚拟目标硬件V-Target虚虚拟拟目目标标环环境境IDE应用仿真开发环境示意图应用仿真开发环境示意图电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心设计编码测试运行维护下载调试固化交叉调试固化运

38、行仿真编译仿真调试正确N仿真库编译链接Y运行库结合了仿真的软件开发过程结合了仿真的软件开发过程电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心Simulator 优点优点最大好处就是可以不用真正的目标机，可最大好处就是可以不用真正的目标机，可以在目标机环境并不存在的条件下开发目以在目标机环境并不存在的条件下开发目标机上的应用系统，并且在调试时可以利标机上的应用系统，并且在调试时可以利用用HostHost资源提供更详细的错误诊断信息。资源提供更详细的错误诊断信息。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心Simulator缺点缺点1)1)和实际的运行环境差别很大和实

39、际的运行环境差别很大2)2)设备模拟的局限性较大设备模拟的局限性较大3)3)实时特性较差实时特性较差4)4)对对HostHost的资源要求较高的资源要求较高适用范围适用范围对时间特性没有严格要求、没有特殊外设、只对时间特性没有严格要求、没有特殊外设、只需要验证逻辑正确的应用程序。需要验证逻辑正确的应用程序。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件的测试嵌入式软件的测试 测试工具测试工具：能够用来辅助测试的工具，主要用：能够用来辅助测试的工具，主要用来支持测试人员的工作，本身不能直接用来进来支持测试人员的工作，本身不能直接用来进行测试。测试工具一般都是通用工具，测试

40、人行测试。测试工具一般都是通用工具，测试人员应该根据实际情况对它们进行适当的调整。员应该根据实际情况对它们进行适当的调整。嵌入式软件测试中经常用到的测试工具有：嵌入式软件测试中经常用到的测试工具有：内存分析工具性能分析工具覆盖分析工具缺陷跟踪工具等 电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件的测试嵌入式软件的测试内存分析工具内存分析工具 嵌入式系统的内存资源通常是受限的，内存分嵌入式系统的内存资源通常是受限的，内存分析工具可以用来处理在进行动态内存分配时产析工具可以用来处理在进行动态内存分配时产生的缺陷。当动态分配的内存被错误地引用时，生的缺陷。当动态分配的内存被错

41、误地引用时，产生的错误通常难以再现，出现的失效难以追产生的错误通常难以再现，出现的失效难以追踪，使用内存分析工具可以很好地检测出这类踪，使用内存分析工具可以很好地检测出这类缺陷。缺陷。目前常用的内存分析工具有软件和硬件两种：目前常用的内存分析工具有软件和硬件两种：基于软件的内存分析工具可能会对代码的执行性能基于软件的内存分析工具可能会对代码的执行性能带来很大影响，从而影响系统的实时性；带来很大影响，从而影响系统的实时性；基于硬件的内存分析工具对系统性能影响小，但价基于硬件的内存分析工具对系统性能影响小，但价格昂贵，并且只能在特定的环境中使用。格昂贵，并且只能在特定的环境中使用。电子科技大学嵌入

42、式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件的测试嵌入式软件的测试性能分析工具性能分析工具 嵌入式系统的性能通常是一个非常关键嵌入式系统的性能通常是一个非常关键的因素，开发人员一般需要对系统的某的因素，开发人员一般需要对系统的某些关键代码进行优化来改进性能。些关键代码进行优化来改进性能。性能分析工具性能分析工具 可以提供有关数据，帮助确定哪些任务消耗可以提供有关数据，帮助确定哪些任务消耗了过多的执行时间，从而可以决定如何优化了过多的执行时间，从而可以决定如何优化软件，以获得更好的时间性能。软件，以获得更好的时间性能。引导开发人员发现在系统调用中存在的错误引导开发人员发现在系统调用中存

43、在的错误以及程序结构上的缺陷。以及程序结构上的缺陷。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件的测试嵌入式软件的测试覆盖分析工具覆盖分析工具 在进行白盒测试时，可以使用代码覆盖分析工在进行白盒测试时，可以使用代码覆盖分析工具追踪哪些代码被执行过具追踪哪些代码被执行过 分析过程一般通过插桩来完成，插桩可以是在分析过程一般通过插桩来完成，插桩可以是在测试环境中嵌入硬件，也可以是在可执行代码测试环境中嵌入硬件，也可以是在可执行代码中加入软件，或者是两者的结合。中加入软件，或者是两者的结合。开发人员通过对分析结果进行总结，可以确定开发人员通过对分析结果进行总结，可以确定哪些

44、代码被执行过，哪些代码被遗漏了。哪些代码被执行过，哪些代码被遗漏了。目前常用的覆盖分析工具一般都提供有关功能目前常用的覆盖分析工具一般都提供有关功能覆盖、分支覆盖、条件覆盖等信息。覆盖、分支覆盖、条件覆盖等信息。电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心覆盖分析工具实例覆盖分析工具实例电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心测试工具实例：逻辑分析仪测试工具实例：逻辑分析仪 工作机理：在工作机理：在不打断被测程序运行流程不打断被测程序运行流程的基础上，对程序运行中的相关信息进的基础上，对程序运行中的相关信息进行采集和分析，然后通过真实再现程序行采集和分析，然

45、后通过真实再现程序运行的逻辑流程和分析程序运行数据，运行的逻辑流程和分析程序运行数据，帮助用户优化系统设计和解决出现的问帮助用户优化系统设计和解决出现的问题。题。与调试工具的对比与调试工具的对比 调试器：照相机调试器：照相机 逻辑分析仪：逻辑分析仪：摄像机摄像机电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心测试工具实例：逻辑分析仪测试工具实例：逻辑分析仪 主要功能：主要功能：真实再现程序运行流程 发现系统死锁及软件造成的死机 发现系统内存泄漏 指导对任务的合理划分 指导关键路径设计与验证 指导合理分配任务堆栈 CPU使用率统计 指导合理设计中断服务程序电子科技大学嵌入式软件工程中

46、心电子科技大学嵌入式软件工程中心测试工具实例：逻辑分析仪测试工具实例：逻辑分析仪嵌入式应用软件运行的逻辑流程嵌入式应用软件运行的逻辑流程电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心测试工具实例：逻辑分析仪测试工具实例：逻辑分析仪系统堆栈使用率分析系统堆栈使用率分析电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件的固化运行嵌入式软件的固化运行 当调试完成之后，程序代码需要被完全烧当调试完成之后，程序代码需要被完全烧入到目标板的非易失性存储器（如入到目标板的非易失性存储器（如ROMROM或闪或闪存）中，并且在真实的硬件环境上运行，存）中，并且在真实的硬件环境上

47、运行，这个过程叫做固化。这个过程叫做固化。调试环境与固化环境的区别：调试环境与固化环境的区别：代码定位不同代码定位不同初始化部分不同初始化部分不同电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件的固化运行嵌入式软件的固化运行阶段阶段调试环境调试环境固化环境固化环境编译编译目标文件需要调试信息目标文件需要调试信息目标文件不需要调试信息目标文件不需要调试信息链接链接应用系统目标代码不需要应用系统目标代码不需要BootBoot模块，此模块已由目标板上的模块，此模块已由目标板上的监控器程序实现。监控器程序实现。应用系统目标代码必须以应用系统目标代码必须以BootBoot模块作为入

48、口模块。模块作为入口模块。定位定位程序的所有代码段、数据段都程序的所有代码段、数据段都依次被定位到调试空间的依次被定位到调试空间的RAMRAM中。中。程序的各逻辑段按照其不同的程序的各逻辑段按照其不同的属性分别定位到非易失性存储属性分别定位到非易失性存储空间（空间（ROMROM）或）或RAMRAM中。中。下载下载宿主机上的调试器读入被调试文件，宿主机上的调试器读入被调试文件，并将其下载到目标机上的调试空间并将其下载到目标机上的调试空间中，目标机掉电后所有信息全部丢中，目标机掉电后所有信息全部丢失。失。在宿主机上利用固化工具将可固化在宿主机上利用固化工具将可固化的应用程序写入目标机的非易失性的应

49、用程序写入目标机的非易失性存储器中，目标机掉电后信息不丢存储器中，目标机掉电后信息不丢失。失。运行运行被调试程序在目标监控器的控制下被调试程序在目标监控器的控制下运行，并与后者共享某些资源，如运行，并与后者共享某些资源，如CPUCPU资源、资源、RAMRAM资源以及通信设备资源以及通信设备（如串口、网口等）资源。（如串口、网口等）资源。程序在真实的目标硬件环境上程序在真实的目标硬件环境上运行运行电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件的固化运行嵌入式软件的固化运行 BootBoot模块：当应用程序在真实的目标环境下运行模块：当应用程序在真实的目标环境下运行时将首先

50、执行该程序，它至少由系统加电时执行时将首先执行该程序，它至少由系统加电时执行的代码组成。的代码组成。BootBoot模块的主要功能：初始化模块的主要功能：初始化CPUCPU环境，使目标机环境，使目标机硬件到已知的状态硬件到已知的状态 初始化芯片的引脚 初始化系统外部控制寄存器 初始化基本输入输出设备 初始化MMU，包括片选控制寄存器等 执行数据拷贝 电子科技大学嵌入式软件工程中心电子科技大学嵌入式软件工程中心嵌入式软件开发工具发展趋势嵌入式软件开发工具发展趋势 向着开放的、集成化的方向发展向着开放的、集成化的方向发展 具有系统设计、可视化建模、仿真和验证功能具有系统设计、可视化建模、仿真和验证