EDSP集成開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

[摘要] 基于嵌入式芯片的應(yīng)用開發(fā)需要一個(gè)良好的集成開發(fā)平臺(tái)，本文分析了嵌入式系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境基本功能，針對(duì)ADSP218x系列改進(jìn)的EDSP218x系列芯片，提出了嵌入式系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境的設(shè)計(jì)思想，對(duì)指令仿真和調(diào)試器仿真做了詳細(xì)探討，并介紹了程序?qū)崿F(xiàn)方法。

[關(guān)鍵詞] 集成開發(fā)環(huán)境(IDE) 解釋模擬編譯模擬斷點(diǎn)調(diào)試ELF

引言

軟件開發(fā)工具的效用已經(jīng)成為選擇一款DSP處理器時(shí)最重要的標(biāo)準(zhǔn)之一。目前商用集成開發(fā)環(huán)境大多數(shù)只支持某一系列的產(chǎn)品，若用戶對(duì)芯片進(jìn)行改進(jìn)，原有開發(fā)環(huán)境就不能滿足開發(fā)需要，這給開發(fā)者造成了極大的不便。通過對(duì)嵌入式集成開發(fā)環(huán)境系統(tǒng)的研究，作者研制了一套開放的集成開發(fā)環(huán)境，可方便用戶在此平臺(tái)上進(jìn)行交叉開發(fā)。

一、嵌入式系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介

L.P. Maguire在文中指出，作為一款完整的嵌入式集成開發(fā)環(huán)境(Integrated development environment，以下簡(jiǎn)稱IDE)應(yīng)包括基本工具、首選工具和可選工具。其中基本工具包括編輯器、編譯/匯編器、調(diào)試器、模擬器。首選工具包括配置管理、工程管理、仿真工具等?？蛇x工具包括系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)工具等。而目前國內(nèi)對(duì)嵌入式集成開發(fā)環(huán)境的研究起步較晚，自主產(chǎn)品較少，大多是在國外產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)。作者通過對(duì)國外嵌入式集成開發(fā)環(huán)境的研究，結(jié)合EDSP218X系列芯片的特性開發(fā)了EDSP集成開發(fā)環(huán)境。

本系統(tǒng)集代碼編輯、工程管理、編譯、調(diào)試和第三方工具集于一體，充分考慮了IDE的可擴(kuò)展性，方便用戶自由添加第三方工具。本系統(tǒng)提供了對(duì)基于Analog Device公司ADSP218x系列改進(jìn)的EDSP218X系列芯片的仿真，在此平臺(tái)下可對(duì)應(yīng)用軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)試并進(jìn)行交叉開發(fā)。下面?zhèn)戎亟榻B本系統(tǒng)的對(duì)EDSP218X系列芯片的硬件仿真和調(diào)試器仿真。系統(tǒng)的開發(fā)界面如圖1所示。

二、硬件仿真

1.DSP仿真

DSP仿真就是通過軟件來模擬DSP硬件運(yùn)行，建立模擬運(yùn)行環(huán)境。它主要包括指令仿真、寄存器仿真等。下面介紹EDSP218X系列芯片仿真的原理和在VC6.0中的實(shí)現(xiàn)方法。

(1)寄存器仿真

硬件中寄存器主要用來緩存數(shù)據(jù)，狀態(tài)表示等。在EDSP218x系統(tǒng)芯片中共有198個(gè)寄存器，我們用多個(gè)結(jié)構(gòu)來表示這些寄存器，以便分類。例如:

typedef unsigned longReg;

struct DAGReg//用此結(jié)構(gòu)表示所有數(shù)據(jù)地址發(fā)生器中寄存器

{

Reg I0;

……;

Reg L7;

}

(2)指令仿真

目前，指令仿真主要采用解釋模擬和編譯模擬兩種。解釋模擬可以清晰地表述出指令的執(zhí)行過程，簡(jiǎn)單易懂，它的時(shí)間主要開銷在取指令和解碼指令，速度較慢。編譯模擬效率高，它的時(shí)間主要開銷在編譯和計(jì)算。根據(jù)實(shí)驗(yàn)比較，被模擬程序運(yùn)行一次，解釋模擬的性能比編譯模擬要優(yōu)。集成開發(fā)環(huán)境中我們對(duì)EDSP218x指令集用解釋模擬，解釋模擬的流程如圖2所示。

EDSP218x系列芯片指令分為七大類，每條指令長(zhǎng)度為3字節(jié)。我們通過指令模擬器來模擬每一條指令的運(yùn)行及運(yùn)行結(jié)果的反饋。首先我們用指令掩碼來判斷指令類型，然后調(diào)用相應(yīng)指令的模擬函數(shù)完成指令運(yùn)行。掩碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下:

typedef unsigned long OPCODE;

typedef struct

{

OPCODEInsMask;//掩碼

OPCODEInsVal;//指令與掩碼的操作結(jié)果

void (*detype)(OPCODE x);//*detype為該類指令模擬函數(shù)指針，x為輸入的指令代碼

} InstuctionType;

例如:指令7800B3通過指令掩碼可判斷為帶寄存器寫的移動(dòng)指令，其匯編語言為:dm(I4，M7) = MR0，含義為將寄存器MR0中的值送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器I4+M7地址處。我們用下面的函數(shù)來模擬其運(yùn)行:

MovWithDMWrite()

{

Unsigned int add;

add = I4 + M7;

WriteDataMemory(add， MR0);//寫數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

UpdateRegister();//更新寄存器數(shù)據(jù)顯示

}

2.存儲(chǔ)器仿真

硬件中存儲(chǔ)器主要用來存儲(chǔ)代碼和數(shù)據(jù)。在EDSP218x中分為程序存儲(chǔ)區(qū)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)、字節(jié)存儲(chǔ)區(qū)和I/O存儲(chǔ)區(qū)。存儲(chǔ)器空間一般比較大，如果在程序中動(dòng)態(tài)申請(qǐng)開銷很大。所以我們通過定義固定數(shù)組來實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)器的仿真。源文件經(jīng)過編譯生成可執(zhí)行文件后，我們通過一組讀寫函數(shù)將文件中內(nèi)容依次拷貝到相應(yīng)的仿真存儲(chǔ)器中。對(duì)存儲(chǔ)器我們也編寫了配套的根據(jù)地址進(jìn)行讀寫函數(shù)。

三、調(diào)試器仿真

調(diào)試器是集成開發(fā)環(huán)境最基本的功能，也是最難仿真實(shí)現(xiàn)的。調(diào)試器仿真就是要通過軟件來模擬硬件對(duì)被調(diào)試軟件的執(zhí)行流程的控制、執(zhí)行狀態(tài)的獲取、代碼及變量的控制等來幫助軟件開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)軟件問題。我們建立了一種虛擬機(jī)機(jī)制，專門用來模擬硬件的運(yùn)行和控制。虛擬機(jī)主要完成斷點(diǎn)控制、調(diào)試控制、執(zhí)行控制等主要功能。

1.斷點(diǎn)控制

斷點(diǎn)是程序調(diào)試的基本手段，通過設(shè)置斷點(diǎn)可以控制程序執(zhí)行，獲得當(dāng)前執(zhí)行狀態(tài)。在VC6.0中我們用如下結(jié)構(gòu)完成斷點(diǎn)設(shè)計(jì)，并用一個(gè)CList來管理斷點(diǎn)。

struct SBkp{

BKP_STATEm_eState;//斷點(diǎn)狀態(tài)

intm_iAddr;//斷點(diǎn)地址

intm_iFileId;//斷點(diǎn)對(duì)應(yīng)文件ID

intm_iLine;//斷點(diǎn)對(duì)應(yīng)文件行

};

2.調(diào)試控制

程序源碼一般對(duì)應(yīng)有多條機(jī)器指令，執(zhí)行一條源語句需要多條機(jī)器指令的單步執(zhí)行。通常調(diào)試控制通常分為單步進(jìn)入(StepInto)、單步跳過(StepOver)、單步跳出(StepOut)、運(yùn)行到光標(biāo)(RunToCursor)這幾種方式。調(diào)試控制關(guān)鍵就是要獲得下一條程序或者指令的地址，通過對(duì)指令的匯編找到指令可能的出口位置，然后在出口位置設(shè)置臨時(shí)斷點(diǎn)，以達(dá)到控制程序運(yùn)行的目的。

在EDSP218x指令中，程序控制指令分為跳轉(zhuǎn)、調(diào)用、返回、循環(huán)和空指令。對(duì)指令進(jìn)行反匯編即可獲得出口地址。當(dāng)程序全速運(yùn)行時(shí)，調(diào)試控制程序每次都執(zhí)行PC寄存器中值在地址處指令，在執(zhí)行此指令前查看這條指令是否已經(jīng)設(shè)置斷點(diǎn)，如沒有則執(zhí)行此指令，否則暫停當(dāng)前指令運(yùn)行。

3.變量和表達(dá)式

變量和表達(dá)式的監(jiān)測(cè)關(guān)鍵在于找到變量名和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址對(duì)應(yīng)的關(guān)系。通過對(duì)EDSP218x可執(zhí)行文件的分析，可以從ELF文件調(diào)試信息中的.symtab和.strtab節(jié)即可知此變量在存儲(chǔ)器中的位置。在調(diào)試器仿真程序中我們用映射類CMap 來完成變量和地址的對(duì)應(yīng)。

四、結(jié)束語

本文介紹的嵌入式集成開發(fā)環(huán)境系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)針對(duì)EDSP218x芯片的仿真，在此平臺(tái)上可以針對(duì)芯片進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)和調(diào)試，系統(tǒng)已在北京某公司進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，效果良好。文中提到的硬件仿真和調(diào)試器仿真方法對(duì)其它芯片的仿真和嵌入式集成開發(fā)環(huán)境的開發(fā)也有一定的的借鑒作用。

參考文獻(xiàn):

[1]L.Vereen. Software tools for embedded systems development[J].Embedded Systems Programming， 1996，9 (10) :19～57

[2]L.P. Maguire. T.M. McGinnity. L.J. McDaid. Issues in the Development of an Integrated Environment for Embedded System Design[J]. Microprocessors and Microsystems， 1999，23(4):191～197

[3]Analog Devices， Inc. ADSP-218x DSP Instruction Set Reference[Z]. US:2001

[4]Tool Interface Standards (TIS) Portable Formats Specification[Z]， Version 1.1 Executable and Linkable Format (ELF)

[5]UNIX International Programming Languages SIG DWARF Debugging Information Format [Z]Revision: 2.0.0 (July 27， 1993)

[6]姜兆義戴金海:嵌入式系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境研究[J].電腦與信息技術(shù)，2004.6.10-13，22

[7]CHRISTOPHER MILLS. Compiled Instruction Set Simulation. SOFTWARE PRACTICE AND EXPERIENCE， 1991.8. 21 (8):877～889