嵌入式系统的交叉调试是开发过程中的一项重要技术,其目的在于找出并修正嵌入式软件的错误。嵌入式系统交叉调试通常采用两种方法:基于JTAG的片上调试和基于调试代理的远程调试。 JTAG(Joint Test Action Group)是一种国际标准测试协议,支持对CPU的芯片进行测试和调试。在基于JTAG的片上调试中,JTAG接口可以用来传输调试命令,从而实现对嵌入式系统的调试。JTAG调试器例如JLink提供了一种RDI(Remote Debug Interface)接口标准,这使得调试环境软件(如IAR、KEIL)能够通过RDI接口与JLink进行通信,并将调试指令转换为JTAG命令,最终实现对芯片的调试。JTAG调试常用于底层驱动调试、裸系统调试以及单应用调试,尤其适用于资源紧缺型的嵌入式系统,因为这类系统通常内存资源有限。 而远程调试方法则是在目标机上运行一个调试代理程序,该程序能够与宿主机上的调试器进行通信,从而实现远程调试。这种方法多用于资源宽裕型系统,即CPU处理能力强、内存资源丰富的嵌入式系统。在远程调试中,GDB(GNU Debugger)是主要的调试工具,它提供了gdbserver和stub两种主要的远程调试方式。gdbserver是一种轻量级的调试代理,可以独立运行在目标机上,用于调试有操作系统的应用程序。而stub是与嵌入式系统程序一起链接运行的调试代理,适用于系统程序的调试。GDB调试可以基于串口协议或TCP/IP协议进行通信。 在调试代理、串口驱动或TCP/IP驱动运行时,会占用目标系统中大量的内存资源。因此,远程调试通常适用于那些内存资源相对丰富的嵌入式系统。当需要调试的操作系统类型应用程序时,如果使用基于调试代理的远程调试方法,则需要将固件(包括操作系统、应用程序、UI资源文件、配置文件等)打包并烧写到目标机的外存中,以便由定制的操作系统加载到内存中。这种方法虽然能够实现远程调试,但调试效率较低,每次修改程序后都需要重新打包和烧写固件,耗时较多。 嵌入式系统通常分为资源宽裕型和资源紧缺型。资源宽裕型系统可以支持Linux内核运行,通常选用基于调试代理的远程调试方法;而资源紧缺型系统如单片机控制器,由于内存资源有限,无法使用基于调试代理的远程调试方法,而更倾向于采用基于JTAG的片上调试或直接使用串口打印的方式进行调试。 当需要调试那些运行在资源紧缺型嵌入式系统上的操作系统类型应用程序时,问题更加复杂。因为JTAG接口无法直接将代码写入外存,所以无法使用基于调试代理的远程调试方法。在这种情况下,必须通过其他手段将固件烧写到外存的固件区,然后使用基于JTAG的片上调试方法进行调试。通常的调试流程包括:在遇到问题时停止调试,修改程序后重新编译链接;将操作系统、所有应用程序、UI资源文件、配置文件等打包成固件;使用USB量产工具或外存烧写工具烧写固件;启动系统并进入调试状态。由于每次修改程序后都需要重新执行以上步骤,导致调试效率非常低。 嵌入式系统开发者在选择调试方法时,需要根据系统的资源情况和调试需求,选择最合适的方法。对于资源丰富的系统,优先考虑远程调试方法;对于资源紧张的系统,基于JTAG的片上调试方法往往更实用。然而,在实际应用中,可能需要根据特定情况调整调试策略,例如,在资源紧缺的系统中可能需要结合使用JTAG调试和远程调试方法,以实现更有效的调试过程。
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