選擇合適的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件調(diào)試工具
[導讀]嵌入式系統(tǒng)設(shè)計人員正同時面臨著調(diào)試工具的漸變和劇變。在漸變方面，調(diào)試工具正遵循著一般的設(shè)計趨勢，向標準化開放式系統(tǒng)邁進。而劇變則可能表現(xiàn)在操作層面，因為開發(fā)人員在向嵌入式調(diào)試工具中增加無線連接功能。 嵌
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計人員正同時面臨著調(diào)試工具的漸變和劇變。在漸變方面，調(diào)試工具正遵循著一般的設(shè)計趨勢，向標準化開放式系統(tǒng)邁進。而劇變則可能表現(xiàn)在操作層面，因為開發(fā)人員在向嵌入式調(diào)試工具中增加無線連接功能。
嵌入式系統(tǒng)需要兩種調(diào)試形式，其中一種基于軟件，另一種則以硬件為中心。而且，業(yè)界在這兩方面都已經(jīng)做了大量標準化工作。其中，基于軟件的調(diào)試正在轉(zhuǎn)向一種基于Eclipse框架的開放式系統(tǒng)方法。大多數(shù)軟件開發(fā)工具公司現(xiàn)在都有相應的插件，使其調(diào)試工具成為Eclipse集成開發(fā)環(huán)境(IDE)的一部分。例如，由于Altium公司的TaskingVX工具集允許內(nèi)部集成在Eclipse平臺中，以支持更多的工具配置選項。嵌入式工具公司也在加入到Eclipse基金會中來，從而有助于確保嵌入式工具能在未來Eclipse平臺的進一步開發(fā)中扮演重要的角色。
這些工具插件的普及正在幫助催生Eclipse的標準化擴展途徑，使原本針對企業(yè)級軟件開發(fā)而創(chuàng)建的Eclipse平臺如今也包含了嵌入式和器件級軟件。這其中的一個倡導項目，便是由風河系統(tǒng)公司牽頭的器件軟件開發(fā)平臺(DSDP)，該平臺涵蓋了嵌入式系統(tǒng)的大量特定硬件要求。
DSDP倡導組織正在努力克服Eclipse處理調(diào)試方式的嚴苛性問題。原來的Eclipse(3.1版以前)接口具有“target-process-thread”堆棧幀層次，當調(diào)試視圖改變時會跟著改變調(diào)試的相關(guān)內(nèi)容。而DSDP組織則提供了可自適應的接口層，如用作瀏覽器和調(diào)試模型之間的橋的內(nèi)容適配器，因此允許內(nèi)容定制和模型驅(qū)動的內(nèi)容瀏覽。這種方法還支持針對目標硬件的特殊配置實現(xiàn)調(diào)試器的定制。朝著實現(xiàn)這種方法邁出的第一步出現(xiàn)在2006年中期發(fā)布的Eclipse(3.2版)中，并且仍在不斷得到修正。
JTAG主導處理器探測
在硬件調(diào)試方面，通過在線仿真(ICE)以及類似的工具來查看處理器內(nèi)部的方法，正在從用外綁定處理器的定制探測轉(zhuǎn)向內(nèi)置調(diào)試。目前可以訪問這種內(nèi)置功能的標準接口是IEEE標準1149.1所定義的JTAG接口。JTAG的初衷是使用每個芯片內(nèi)部的硬件資源檢查高密度PCB上的連接完整性。如今，JTAG可以用作以追蹤內(nèi)置軟件、讀取內(nèi)部處理器寄存器的訪問端口，甚至用于存儲器和可配置邏輯的板上編程。
將JTAG用于硬件調(diào)試的其中一個新興趨勢是通過單個接口同時控制多個器件的能力。JTAG的定義允許器件以菊花鏈的結(jié)構(gòu)鏈接在一起，因此單個控制器可以訪問電路板上的所有器件。而在嵌入式開發(fā)中，工具供應商最早是將JTAG接口用于單器件訪問—也就是訪問處理器。
然而，現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計通常要使用兩個以上的處理器，因此開發(fā)人員需要將單獨的工具連接到每個處理器，然后獨立地調(diào)試每個器件。硬件工具的因應措施是逐漸能夠使用調(diào)試器探測菊花鏈處理器，并對它們同時實施控制以獲得更協(xié)調(diào)的調(diào)試效果。另外，探測器逐漸能夠通過處理器的JTAG接口訪問其它硬件，如存儲器。
Macraigor系統(tǒng)公司的OCDemon系列探測器就是近期涌現(xiàn)出來的這類多功能JTAG探測的一個例子。器件通過支持軟件的配置可以控制目標處理器，從而提供了對處理器操作和寄存器訪問的控制。
此外，它還能控制與目標處理器連接的閃存。這種功能允許開發(fā)人員用單個器件和連接來加載軟件，并測試它的執(zhí)行情況，從而提高反復調(diào)試的速度。
然而，由于有潛力改變嵌入式系統(tǒng)調(diào)試實現(xiàn)的地點和方式，硬件調(diào)試的下一步發(fā)展將不僅是這類簡單的功能擴展。當JTAG硬件調(diào)試象其它各種數(shù)據(jù)傳送方式那樣采用無線連接時，這將成為事實。到處理器的JTAG連接已經(jīng)從并行端口轉(zhuǎn)向USB，因此再從USB轉(zhuǎn)到無線USB或其它無線形式只需一小步即可。
硬件調(diào)試連接無線化所提供的優(yōu)勢不言而喻：簡化訪問連接，并且無須使用線纜，還給現(xiàn)場系統(tǒng)維護和升級提供了新的可能性。通過JTAG接口已經(jīng)可以使用硬件調(diào)試和存儲器編程的全部功能。而使連接無線化，將允許已部署系統(tǒng)中這些功能的性能隨時得以充分發(fā)揮。
根據(jù)所實現(xiàn)的無線鏈路類型，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計可以通過筆記本電腦實現(xiàn)現(xiàn)場調(diào)試和維護，或者甚至通過與互聯(lián)網(wǎng)的Wi-Fi連接實現(xiàn)遠程操作。這樣就擴展了維護方式，并且開啟多種應用可能性，如收集事件統(tǒng)計數(shù)據(jù)用于故障分析，或確定應用模式以改進設(shè)計。
嵌入式系統(tǒng)需要兩種調(diào)試形式，其中一種基于軟件，另一種則以硬件為中心。而且，業(yè)界在這兩方面都已經(jīng)做了大量標準化工作。其中，基于軟件的調(diào)試正在轉(zhuǎn)向一種基于Eclipse框架的開放式系統(tǒng)方法。大多數(shù)軟件開發(fā)工具公司現(xiàn)在都有相應的插件，使其調(diào)試工具成為Eclipse集成開發(fā)環(huán)境(IDE)的一部分。例如，由于Altium公司的TaskingVX工具集允許內(nèi)部集成在Eclipse平臺中，以支持更多的工具配置選項。嵌入式工具公司也在加入到Eclipse基金會中來，從而有助于確保嵌入式工具能在未來Eclipse平臺的進一步開發(fā)中扮演重要的角色。
這些工具插件的普及正在幫助催生Eclipse的標準化擴展途徑，使原本針對企業(yè)級軟件開發(fā)而創(chuàng)建的Eclipse平臺如今也包含了嵌入式和器件級軟件。這其中的一個倡導項目，便是由風河系統(tǒng)公司牽頭的器件軟件開發(fā)平臺(DSDP)，該平臺涵蓋了嵌入式系統(tǒng)的大量特定硬件要求。
DSDP倡導組織正在努力克服Eclipse處理調(diào)試方式的嚴苛性問題。原來的Eclipse(3.1版以前)接口具有“target-process-thread”堆棧幀層次，當調(diào)試視圖改變時會跟著改變調(diào)試的相關(guān)內(nèi)容。而DSDP組織則提供了可自適應的接口層，如用作瀏覽器和調(diào)試模型之間的橋的內(nèi)容適配器，因此允許內(nèi)容定制和模型驅(qū)動的內(nèi)容瀏覽。這種方法還支持針對目標硬件的特殊配置實現(xiàn)調(diào)試器的定制。朝著實現(xiàn)這種方法邁出的第一步出現(xiàn)在2006年中期發(fā)布的Eclipse(3.2版)中，并且仍在不斷得到修正。
JTAG主導處理器探測
在硬件調(diào)試方面，通過在線仿真(ICE)以及類似的工具來查看處理器內(nèi)部的方法，正在從用外綁定處理器的定制探測轉(zhuǎn)向內(nèi)置調(diào)試。目前可以訪問這種內(nèi)置功能的標準接口是IEEE標準1149.1所定義的JTAG接口。JTAG的初衷是使用每個芯片內(nèi)部的硬件資源檢查高密度PCB上的連接完整性。如今，JTAG可以用作以追蹤內(nèi)置軟件、讀取內(nèi)部處理器寄存器的訪問端口，甚至用于存儲器和可配置邏輯的板上編程。
將JTAG用于硬件調(diào)試的其中一個新興趨勢是通過單個接口同時控制多個器件的能力。JTAG的定義允許器件以菊花鏈的結(jié)構(gòu)鏈接在一起，因此單個控制器可以訪問電路板上的所有器件。而在嵌入式開發(fā)中，工具供應商最早是將JTAG接口用于單器件訪問—也就是訪問處理器。
然而，現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計通常要使用兩個以上的處理器，因此開發(fā)人員需要將單獨的工具連接到每個處理器，然后獨立地調(diào)試每個器件。硬件工具的因應措施是逐漸能夠使用調(diào)試器探測菊花鏈處理器，并對它們同時實施控制以獲得更協(xié)調(diào)的調(diào)試效果。另外，探測器逐漸能夠通過處理器的JTAG接口訪問其它硬件，如存儲器。
Macraigor系統(tǒng)公司的OCDemon系列探測器就是近期涌現(xiàn)出來的這類多功能JTAG探測的一個例子。器件通過支持軟件的配置可以控制目標處理器，從而提供了對處理器操作和寄存器訪問的控制。
此外，它還能控制與目標處理器連接的閃存。這種功能允許開發(fā)人員用單個器件和連接來加載軟件，并測試它的執(zhí)行情況，從而提高反復調(diào)試的速度。
然而，由于有潛力改變嵌入式系統(tǒng)調(diào)試實現(xiàn)的地點和方式，硬件調(diào)試的下一步發(fā)展將不僅是這類簡單的功能擴展。當JTAG硬件調(diào)試象其它各種數(shù)據(jù)傳送方式那樣采用無線連接時，這將成為事實。到處理器的JTAG連接已經(jīng)從并行端口轉(zhuǎn)向USB，因此再從USB轉(zhuǎn)到無線USB或其它無線形式只需一小步即可。
硬件調(diào)試連接無線化所提供的優(yōu)勢不言而喻：簡化訪問連接，并且無須使用線纜，還給現(xiàn)場系統(tǒng)維護和升級提供了新的可能性。通過JTAG接口已經(jīng)可以使用硬件調(diào)試和存儲器編程的全部功能。而使連接無線化，將允許已部署系統(tǒng)中這些功能的性能隨時得以充分發(fā)揮。
根據(jù)所實現(xiàn)的無線鏈路類型，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計可以通過筆記本電腦實現(xiàn)現(xiàn)場調(diào)試和維護，或者甚至通過與互聯(lián)網(wǎng)的Wi-Fi連接實現(xiàn)遠程操作。這樣就擴展了維護方式，并且開啟多種應用可能性，如收集事件統(tǒng)計數(shù)據(jù)用于故障分析，或確定應用模式以改進設(shè)計。
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