在VIM中實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式軟件的調(diào)試

引 言
    GNU免費(fèi)提供了一整套工具鏈，為嵌入式Linux程序的開(kāi)發(fā)和調(diào)試提供了完整的支持。其強(qiáng)大的gdb調(diào)試工具可以方便地對(duì)嵌入式平臺(tái)上的程序進(jìn)行跟蹤調(diào)試；而Linux下強(qiáng)悍的VIM編輯器，不僅可以方便地調(diào)用make文件對(duì)代碼進(jìn)行編譯，而且通過(guò)腳本的配置還可輕松地成為高效的代碼編輯環(huán)境。流傳著這樣一種說(shuō)法，“世界上的程序員分三種，一種使用Emacs，一種使用VIM，剩余的是其他?！辈蝗マq論這句話的對(duì)與錯(cuò)，單純從字面意義上來(lái)理解，也足見(jiàn)VIM的魅力了。因此，在VIM中實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式軟件的調(diào)試，我們便得到了一個(gè)高效、穩(wěn)定的嵌入式Linux的開(kāi)發(fā)環(huán)境。

1 gdb對(duì)嵌入式軟件的調(diào)試模式
    許多非Linux的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在使用gdb與gdbstub對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行遠(yuǎn)程“交叉調(diào)試”；然而，因?yàn)長(zhǎng)inux內(nèi)核實(shí)現(xiàn)了ptrace()系統(tǒng)調(diào)用，所以在對(duì)嵌入式應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)試的時(shí)候并不需要gdb stub，而采用gdb套件提供的gdb服務(wù)器來(lái)對(duì)目標(biāo)板上的嵌入式應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)試。
    目標(biāo)板上的gdb服務(wù)端gdbserver與主機(jī)上的gdb調(diào)試器的通信方式主要有兩種：使用串口通信的“交叉串行連接”和使用網(wǎng)口的“TCP／IP”聯(lián)機(jī)。鑒于PC端的方便性以及串口資源有限，尤其是現(xiàn)在的筆記本電腦甚至已經(jīng)不存在串口，所以，大多采用TCP／IP方式，即PC主機(jī)與目標(biāo)板通過(guò)網(wǎng)線直連或者PC機(jī)與目標(biāo)板通過(guò)路由或者h(yuǎn)ub等組成局域網(wǎng)通信。這種調(diào)試模式如圖1所示。

2 在VIM中實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式軟件的調(diào)試
    我們知道，gdb的功能雖然強(qiáng)大，但由于其基于命令行的操作，所以調(diào)試過(guò)程不直觀，而且Windows下的調(diào)試環(huán)境集調(diào)試與代碼編輯為一體，當(dāng)出現(xiàn)bug的時(shí)候，可以方便地對(duì)源代碼進(jìn)行修改，相比而言，gdb在這方面又有失色。既然VIM和gdb的功能如此強(qiáng)大，又完全免費(fèi)，而且完全適合嵌入式這種特殊的開(kāi)發(fā)模式，那么有沒(méi)有將二者強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的方法呢?有，那就是vimgdb。
    vimgdb是給VIM提供一個(gè)可選特性的補(bǔ)丁。它可以在VIM編輯器里提供完整的gdb調(diào)試器支持，比如設(shè)置斷點(diǎn)、查看變量值、gdb命令補(bǔ)全等等，并且這些操作可以在VIM中直觀地顯示出來(lái)。下面闡述在VIM中實(shí)現(xiàn)時(shí)嵌入式軟件調(diào)試的具體過(guò)程。
2．1 系統(tǒng)環(huán)境及所用軟件包版本
    PC操作系統(tǒng)：Ubuntu8．10。
    PC編譯器：GNU gcc4．3．1。
    PC調(diào)試器：GNU gdb6．8。
    目標(biāo)板Linux內(nèi)核：2．6．13。
    目標(biāo)板CPU：S3C2440(ARM9架構(gòu))。
    交叉編譯器：arm—linux—gcc3．4．1。
    交叉調(diào)試器：自編譯GNU gdb6．8。
    目標(biāo)板gdb服務(wù)端：自編譯GNU gdbserver6．8。
    跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)工具路徑：～／build-tools／arm—linux，且已經(jīng)設(shè)置好系統(tǒng)路徑變量。
    測(cè)試代碼及程序路徑：～/test，包含程序代碼test．c及Makefile。
    所用軟件包存放路徑：～／down。
    所用軟件包：VIM編輯器源碼vim一7．1．tar．bz2、vimgdb71-1．13．tar．gz、GNU gdb源碼gdb-6．8．tar．bz2。
2．2 對(duì)VIM源碼打vimgdb補(bǔ)丁并編譯安裝
    ①運(yùn)行下面的命令，解壓VIM源碼及vimgdb補(bǔ)丁文件，并對(duì)VIM源碼打補(bǔ)?。?/p>

    
    執(zhí)行完上述操作后，VIM將會(huì)被安裝在／usr／local路徑下。如果想修改安裝路徑，可在上述的編澤安裝前，打開(kāi)～／down／vim71／src／Makefile文件的862行安裝路徑選項(xiàng)并修改。如將VIM安裝在／usr路徑下，則將862#prefix=$(HOME)修改為862 prefix=／usr。
    ③安裝vimgdb的runtime文件，運(yùn)行下面的命令：
    ca～/down/vimgdb
    tar zxfv vimgdb_runtime．tgz—C／usr／share／vim／vimfiles
2．3 建立交叉調(diào)試嵌入式軟件的gdb組件
    ①編譯嵌入式gdh調(diào)試器服務(wù)端gdbserver，運(yùn)行如下的命令：

    
    將當(dāng)前目錄下的gdbserver拷貝到目標(biāo)板文件系統(tǒng)的/bin目錄下，以備交叉調(diào)試用。
    ②編譯安裝交叉調(diào)試器gdb，運(yùn)行如下命令：

    注意，這里的prefix的值必須填寫(xiě)絕對(duì)路徑，而不能用“～”來(lái)替代用戶路徑／home／popeye，否則會(huì)提示prefix路徑賦值錯(cuò)誤。然后運(yùn)行：
    make
    這個(gè)過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)圖2所示的錯(cuò)誤。
    出現(xiàn)這種情況的原因是，編譯規(guī)則中選擇了警告選項(xiàng)“-Werror”。它會(huì)將所有的警告轉(zhuǎn)變?yōu)殄e(cuò)誤，而且出現(xiàn)的有關(guān)“getwd”函數(shù)的提示信息表明，這里編譯器檢測(cè)到的應(yīng)該是一個(gè)“警告”，而不是真正的語(yǔ)法錯(cuò)誤。所以，需改正編譯選項(xiàng)：
    cd～／down／gdb一6．8／gdb
    gedit Makefile
    注意，此處的MaKefile是在執(zhí)行完上述的make命令后才產(chǎn)生的，在最初的代碼包里不含有這個(gè)文件。對(duì)文什的145行進(jìn)行修改，去掉WERROR_CFLAGS的賦值，即

2．4 在VIM中實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式軟件調(diào)試前的準(zhǔn)備
    在嵌入式軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的習(xí)慣做法是：首先，在PC機(jī)上編譯調(diào)試程序，如果在PC機(jī)上運(yùn)行正常，再進(jìn)行交叉編澤。然后，將軟件移植到目標(biāo)板上，如果在目標(biāo)板上出現(xiàn)bug，再用交叉調(diào)試器arm—linux—gdb進(jìn)行調(diào)試。
    簡(jiǎn)而占之，對(duì)嵌入式軟件的調(diào)試過(guò)程包含兩個(gè)部分：PC機(jī)上調(diào)試部分和嵌入式平臺(tái)上的凋試部分。在這個(gè)過(guò)程中，可能既用到PC機(jī)上的調(diào)試器gdb，又用到交叉調(diào)試器arm—linux—gdb，而對(duì)應(yīng)的是同一個(gè)源代碼程序和運(yùn)行在不同平臺(tái)上的兩個(gè)可執(zhí)行程序。同時(shí)涉及兩個(gè)調(diào)試器轉(zhuǎn)換的問(wèn)題，但vimgdb只能對(duì)寧符串為“gdb”的系統(tǒng)命令進(jìn)行調(diào)用。下面，將這個(gè)比較困難的問(wèn)題簡(jiǎn)單化：
    ①編輯適用的Makefile，控制生成對(duì)應(yīng)不同平臺(tái)的可執(zhí)行程序：
    cd～／test
    其中，test．c為實(shí)驗(yàn)代碼，Makefile為編譯規(guī)則，我們簡(jiǎn)單編寫(xiě)Makefile的內(nèi)容為：

    
    當(dāng)執(zhí)行“make test—pc”命令時(shí)，就會(huì)生成可運(yùn)行在PC機(jī)上的可執(zhí)行程序；執(zhí)行“make test一em”則生成可運(yùn)行在嵌入式目標(biāo)板上的可執(zhí)行程序。
    ②修改vimgdb的快捷鍵映射腳本，在VIM中實(shí)現(xiàn)PC調(diào)試器與交叉調(diào)試器的輕松切換。
    首先，針對(duì)vimgdb只能對(duì)字符串為“gdb”的系統(tǒng)命令進(jìn)行調(diào)用，做如下的工作：

    

    其次，編輯文件／etc／vim／macros／gdb_mappings．vim。主要修改和添加的部分為：
   [!--empirenews.page--] a．添加調(diào)試器轉(zhuǎn)換函數(shù)，并設(shè)置轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)為大寫(xiě)“E”鍵(Shift+E實(shí)現(xiàn))：

即在進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)后，屏蔽掉調(diào)試器轉(zhuǎn)換快捷鍵E，并設(shè)置快捷鍵F8來(lái)顯示變量值監(jiān)測(cè)窗口。

即在退出調(diào)試狀態(tài)后，還原gdb命令為gdb—pc的調(diào)用，并還原“E”的調(diào)試器轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)作用。

   
使得啟動(dòng)vim后，便會(huì)在vim中啟動(dòng)對(duì)gdb進(jìn)行調(diào)用的快捷鍵映射。
    至于在gdb_mappings．vim中具體設(shè)定的其他快捷鍵，由讀者自己分析或設(shè)定即可。
2．5 在VIM中對(duì)嵌入式軟件進(jìn)行調(diào)試
    下面設(shè)定目標(biāo)板上的嵌入式軟件調(diào)試時(shí)所用的快捷鍵：E為調(diào)試器轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)；F9為進(jìn)入調(diào)試模式；F8為開(kāi)啟變量監(jiān)視窗口；空格鍵為開(kāi)啟命令行輸入窗口；調(diào)試模式為PC通過(guò)超級(jí)終端對(duì)嵌入式目標(biāo)板進(jìn)行輸入輸出，Ubuntu8．10通過(guò)TCP／IP方式對(duì)嵌入式軟件進(jìn)行調(diào)試；PC機(jī)Linux IP為222．31．51．147；目標(biāo)板IP為222．31．51．180；調(diào)試連接端口為1234。
    ①用VIM打開(kāi)～／test／test．c，運(yùn)行命令“：make test—em”，將生成的test—em文件拷貝到嵌入式平臺(tái)的文件系統(tǒng)下，并在嵌入式平臺(tái)運(yùn)行命令，指定等待連接的交叉調(diào)試器地址、連接端口以及要調(diào)試的嵌入式程序：
    gdbserver 222．31．5l.147：1234 test—em
    嵌入式端會(huì)出現(xiàn)如下的類似提示信息，進(jìn)入等待連接狀態(tài)：
    Process test—em created：pid=80l
    Listening on port 1234
    ②按下大寫(xiě)“E”鍵(Shift+按鍵E)，根據(jù)VIM窗口下方的提示信息，確定所選調(diào)試器。
    提示信息為“NOW! Gdb is ready for Embedded Sys—tem!!!”或者“Gdb is ready for PC，，Now”。
    ③按下F9，在出現(xiàn)的命令窗口輸入命令“file test—em”后，會(huì)在VIM中的另一個(gè)窗口出現(xiàn)以下類似的調(diào)試信息：

    可以發(fā)現(xiàn)，在VIM中已經(jīng)成功調(diào)用交叉調(diào)試器arm—linux—gdb了。以后的調(diào)試命令，都是通過(guò)先按下空格鍵，調(diào)出命令窗口，輸入命令，回車后傳遞給調(diào)試器。按下空格，在命令窗口輸入命令，連接嵌入式目標(biāo)板端：
    target remote 222．31．51．180：1234
此時(shí)，VIM中的調(diào)試信息窗口出現(xiàn)信息：

    至此，PC交叉調(diào)試器與嵌入式軟件的連接完成，現(xiàn)在可以在VIM中對(duì)程序運(yùn)行進(jìn)行例如斷點(diǎn)一類的設(shè)置動(dòng)作；而嵌入式軟件的輸入輸出，需要在嵌入式端來(lái)完成。這里先通過(guò)命令對(duì)代碼設(shè)置斷點(diǎn)，然后用命令continue繼續(xù)程序運(yùn)行(注意，這里不用run開(kāi)始，因?yàn)楫?dāng)調(diào)試器與嵌入式端連接完成時(shí)，被調(diào)試的嵌入式軟件已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)行)，用命令next對(duì)程序?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)調(diào)試。調(diào)試過(guò)程中的VIM如圖3所示。

    圖中測(cè)試代碼要實(shí)現(xiàn)的是讓用戶輸入5個(gè)數(shù)，然后經(jīng)過(guò)排序后輸出。對(duì)應(yīng)的輸入輸出在嵌入式端體現(xiàn)出來(lái)。對(duì)應(yīng)圖3，此時(shí)在嵌入式端需要進(jìn)行輸入動(dòng)作：

    
    從圖3中可以直觀地看清斷點(diǎn)設(shè)置在哪里，程序現(xiàn)在步進(jìn)到哪里。當(dāng)程序第一次運(yùn)行到圖3中的17行時(shí)，按下F8鍵，開(kāi)啟變量值觀測(cè)窗口，然后先后執(zhí)行3個(gè)命令“cr i”、“cr j”、“cr a[i]”，這樣，就可以在變量觀測(cè)窗口實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)變量的數(shù)值了，如圖4所示。

    這種調(diào)試方式提供對(duì)gdb所有命令功能的支持，而且當(dāng)發(fā)現(xiàn)bug時(shí)，可以通過(guò)q命令終止調(diào)試，然后按F9跳出調(diào)試模式，就可以繼續(xù)對(duì)源代碼進(jìn)行修改。
    至于在這之前的嵌入式軟件在本地PC機(jī)上的調(diào)試，其過(guò)程比起調(diào)試運(yùn)行在嵌入式設(shè)備上的軟件來(lái)講，只少了個(gè)遠(yuǎn)程連接的過(guò)程，其余調(diào)試過(guò)程都一樣。至此，實(shí)現(xiàn)了在VIM中對(duì)嵌入式軟件的調(diào)試。

結(jié) 語(yǔ)
    嵌入式Linux系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，對(duì)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)和調(diào)試環(huán)境的效率提出了更高的要求。GNU所提供的支持交叉編譯與調(diào)試的工具鏈?zhǔn)且粋€(gè)很好的選擇，尤其是其中的gdb調(diào)試工具完全滿足嵌入式軟件“交叉編譯”的這種特殊需要；而且，功能強(qiáng)大的VIM編輯器又可實(shí)現(xiàn)對(duì)gdb調(diào)試器的整合，從而在VIM中實(shí)現(xiàn)了對(duì)嵌入式軟件的調(diào)試功能。通過(guò)上面的實(shí)例可以看到，在VIM中對(duì)嵌入式軟件進(jìn)行調(diào)試更加直觀和高效，從而也促使嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)效率得到了質(zhì)的提高。