基于SOC芯片的GNU调试器的扩展

论文摘要

随着我国嵌入式系统产业的不断发展,针对特定DSP芯片的应用开发在软件行业中越来越受到重视。现在嵌入式系统相关产业中,SOC(System on Chip)芯片扮演了一个非常重要的角色,SOC芯片以它的高性能,低成本,低功耗而著称,现今SOC芯片已经广泛应用于移动电话,数码相机,数字电视等相关数码产品中。大唐电信凭借着使用ZSP400核的SOC芯片COMIP取得了市场上的成功,现在大唐电信更以ZSP540核来加强其SOC芯片的DSP处理能力,使之能在3G无线领域有更广泛的用途。为了配合公司更加快速地推广COMIP芯片,占有市场,我们需要尽快为新芯片配套可扩展的开发调试工具链。利用这套开发调试工具链,开发人员可以快速在新SOC芯片上开发相关的嵌入式应用。目前相关商业产品非常昂贵而且不利于扩展。因此,如何在新芯片的全新指令集上开发一套可扩展的,方便使用的嵌入式系统开发工具链,是我们需要解决的一个问题。本论文正是针对上述问题,通过对GNU相关调试器代码的深入剖析、优化,并针对自主研发的SOC芯片进行调优,配合相关的工具链开发出一套功能强大,方便嵌入式系统使用的调试器。本文的重点就是如何把GDB工具链移植到我们新的SOC芯片上来,从而可以快速辅助公司进行新SOC芯片的推广。本文以大唐电信最新研发的SOC芯片COMIP为例,主要针对GNU系列工具并不支持的ZSP400/ZSP540全新的指令集进行移植和扩展,将GDB相关工具链的移植的各个部分进行了详细的论述。文中首先介绍了整个行业背景以及软件需求,分析了调试器的相关概念以及软件调试的一般原理,接着深入探讨了扩展以及移植GDB所做的一些工作,在这一部分中先介绍了GDB的代码架构,重点分析了移植相关的GDB的目标机架构的实现原理,其次讨论了移植GNU重要的相关库(BFD,OPCODES等)的步骤以及重点,并着重分析了利用这些相关库如何实现GDB需要的一些处理器相关重要功能,然后实现了整个扩展移植过程中的难点—基于全新处理器的指令集的指令级模拟器。接着论文分析了将GDB代码本身扩展到新ZSP处理器上的若干关键点,最终实现一个基于新芯片的可扩展的嵌入式系统调试器,最后对整个代码扩展移植工作进行了相关的总结。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 SOC 芯片
• 1.1.1 SOC 芯片概况
• 1.1.2 大唐电信的SOC 芯片
• 1.1.3 目标DSP 芯片概述
• 1.2 调试器配套软件
• 1.3 GDB
• 第二章 GNU 调试器工作原理
• 2.1 相关基本概念
• 2.1.1 可执行文件
• 2.1.2 符号表
• 2.1.3 调试信息格式
• 2.1.4 串表
• 2.1.5 跨进程数据读写机制
• 2.1.6 断点的实现
• 2.2 GUI 调试器设计
• 2.3 总结
• 第三章 GNU 调试器移植以及扩展工作
• 3.1 GNU 调试器体系结构分析
• 3.1.1 GNU 调试器概述
• 3.1.2 GDB 代码体系分析
• 3.1.3 GNU 相关库介绍
• 3.1.4 目标处理器特性介绍
• 3.2 GNU 工具链的移植与开发步骤
• 3.3 BFD 库的移植
• 3.3.1 BFD 库的结构
• 3.3.2 BFD 库的关键代码以及移植
• 3.3.3 总结
• 3.4 OPCODES 库的移植
• 3.4.1 指令集的分类
• 3.4.2 相关移植实现
• 3.4.3 处理器以及指令集的特性
• 3.4.4 总结
• 3.5 新处理器指令级模拟器的实现
• 3.5.1 处理器模拟器的分类
• 3.5.2 指令级模拟器的特点
• 3.5.3 指令级模拟器的实现
• 3.5.4 总结
• 3.6 Gdb 本身的移植和扩展
• 3.6.1 相关工作
• 3.6.2 GDB 移植的关键
• 3.6.3 Gdbarch 的移植
• 3.6.4 GDB frame 的移植
• 3.6.5 总结
• 3.7 GDBSERVER 的移植
• 3.7.1 Gdbserver 的概念
• 3.7.2 RSP 协议
• 3.7.3 Gdbserver 的移植关键
• 3.7.4 Gdbserver 的工作流程
• 3.7.5 总结
• 第四章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献