基于仿真开发环境的嵌入式调试的研究与实现

论文摘要

嵌入式系统是当今计算机软件发展的一个热点。随着嵌入式硬件技术的发展,在嵌入式应用的不断增长以及嵌入式系统复杂性不断提高的情况下,必然对嵌入式软件的规模和复杂性的要求也不断提高。而在嵌入式软件的研究开发过程中,调试技术具有十分重要的意义,调试手段的好坏直接影响软件开发的效率和质量。调试技术和手段有基于硬件和软件的两大类,它们各有其优缺点。在嵌入式系统的开发调试过程中,往往需要两种调试手段相辅相成以确保产品质量。目前,基于仿真开发平台的调试解决方案,却往往存在不能软硬兼顾,调试模型不具扩展性,调试界面不友好,调试效率较低等诸多问题。为此,本文首先分析了软件调试技术的两种调试模型和硬件调试技术的几种调试方式,并对软硬件调试的优缺点进行了对比分析。然后具体研究了仿真开发平台IsIm框架,仿真运行机制和调试系统的工作流程。最后设计并实现了一种基于仿真开发平台的调试系统。它包含仿真交叉调试和软件OCD调试,提供友好的调试界面,使用统一的调试命令接口,可扩展支持多种调试通信协议和不同协议的调试器。仿真交叉调试子系统根据程序有无操作系统支持,提出了两种调试模型。宿主机端封装GDB调试器为核心,目标机端的调试代理与仿真运行环境管理器协作完成具体调试功能,两者通过RSP协议进行通信。软件OCD调试子系统利用IsIm基于信号传递的系统驱动技术和周期精确的时序仿真技术特点,解决了硬件相关的调试需求。此设计方案具有支持软硬两方面的调试,可扩展性,界面友好,调试效率高的特点,对开发仿真调试系统具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 嵌入式仿真调试系统的提出
• 1.4 课题来源和研究内容
• 1.5 论文组织
• 第二章 调试原理分析
• 2.1 调试基本概念
• 2.1.1 断点
• 2.1.2 栈帧
• 2.1.3 单步模式
• 2.1.4 单步执行
• 2.1.5 继续执行
• 2.2 嵌入式软件调试技术
• 2.2.1 GDB-Stub调试模型
• 2.2.2 GDB-Server调试模型
• 2.2.3 调试信息的表示
• 2.3 嵌入式硬件调试技术
• 2.3.1 Crash and Burn
• 2.3.2 ROM Monitor
• 2.3.3 ROMEmulator
• 2.3.4 In-Circuit Emulator
• 2.3.5 On-Chip Debug
• 2.4 软硬件调试技术分析
• 2.5 小结
• 第三章 仿真开发平台IsIm的框架
• 3.1 仿真开发概述
• 3.2 仿真开发平台IsIm
• 3.2.1 系统体系结构
• 3.2.2 仿真构件库的设计
• 3.3 仿真运行机制
• 3.3.1 仿真运行环境结构
• 3.3.2 仿真运行环境管理器的功能
• 3.4 仿真目标板的工作流程
• 3.4.1 仿真环境的工作流程
• 3.4.2 仿真构件的工作流程
• 3.5 调试系统的工作流程
• 3.5.1 仿真交叉调试
• 3.5.2 软件OCD调试
• 3.6 小结
• 第四章 仿真调试环境的设计与实现
• 4.1 仿真调试技术
• 4.2 仿真交叉调试模型
• 4.2.1 对无操作系统支持的程序的调试
• 4.2.2 对有操作系统支持的程序的调试
• 4.3 宿主机调试端的设计
• 4.3.1 GDB/MI接口分析
• 4.3.2 GNU工具集的编译和运行环境
• 4.3.3 图形前端的功能需求
• 4.3.4 图形前端的实现
• 4.4 目标机调试端的设计
• 4.4.1 RSP协议分析
• 4.4.2 调试代理的设计思路
• 4.4.3 调试代理的实现
• 4.5 软件OCD调试的设计与实现
• 4.5.1 功能需求
• 4.5.2 总体结构
• 4.5.3 虚通信
• 4.5.4 统一调试接口
• 4.5.5 调试前端界面和调试处理流程
• 4.5.6 断点功能
• 4.5.7 时序分析
• 4.6 小结
• 第五章 调试系统的验证与分析
• 5.1 调试效果
• 5.2 优势与不足
• 5.3 展望
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果