引言:在嵌入式系统研发中,由于嵌入型软件系统是一种综合应用体系的一部分,需要和各个整体体系有机地融合在一块。因此嵌入型软件系统在对代码规模、执行效率、安全性、可维护性、实时性,以及其和整体体系之间的连接、协作、同步等方面,均存在着自己独特的特点。嵌入式系统开发中,最常遇到的是定制化和测试的主要问题。如果想要更高效地完成嵌入式系统开发,就必须拥有一套包含了嵌合式调试工具内容的嵌入式系统开发工作学习环境。而当前的嵌入式系统开发工作学习环境则是大多由交叉编译器、交叉调试器,目标安全监控仪、性能分析类型以及图形集成界面等组成。
一、当前监控技术研究现状
1、软硬件监控器
所谓软件监控,是指驻留在目标机上利用软件手段进行的调试代理。这类安全监控仪在调试时,首先需要设定中断线,即用一个自陷指令取代原地址的指令,并把原指令保存起来;然后在反馈了运行到这个自陷指令之前的所有现场信号时,再执行原保存起来的命令,再往自陷指令后运行。这样一来,就可以使程序根据调试人的意图反馈程序执行到中断线处的情况。但其实,主机端的调试指令并非直接交给目标机硬件实现的,而是先传给了软件监控器.然后再由软件监控器转送到目标机执行,而后再把所监控的程序执行到中断线处的情况有关信息反馈给了主机端的调试程序。
不过软件监控针对驱动程序和实时操作系统这样的嵌入式应用开发,无法完整正确地反映流程运行的时间等问题。要想更加逼真地表现这一类程序的运行状况,往往要求硬件安全监控。硬件监视单元是由硬件完成的监视仪,根据硬件完成技术路线的不同,可分成ICE,ICD和ROM三种。
1.1 ICE
ICE其实是一个能够替代普通CPU运行的设备,真正把所有CPU动作全部完成,它从本质上来说就是—个CPU。在嵌入式系统研发环境中,人们能够通过把开发平台上的串口线或网线垂直连向ICE装置,并且在设定好的端口号和通讯速率后,就能够替代原有的目标机器完成实际使用程序调试了。它不仅能够向前运行,还能够倒退运行,而且各种数据状况都能够记载出来,包括计时器状况、工作切换状况、存储器状况、寄存器状况、变量等。最关键的是这种信号全部是真实的,不像以软件方式所看到的是看似静止的情况,这也是软件监控器所无法实现的效果。
1.2 ROM
ROM是模拟目标机上ROM的RA M设备。从构造上ROM是一种装有二根线缆的小盒子,一根线缆连在目标主机串口,可以利用这条串行连线加载新的可执行程序到ROM的RA M中;另一根线缆则插到目标操作系统的ROM插座上,目标平台以为你正在浏览ROM,但实际浏览的却是ROM的ra m,该ra m中还包括了你所加载的用来测试的程式。利用ROM仿真仪的编写、翻译、加载、调试等过程节约了运作时限。当更换ROM中的程式时,通常都是取出旧PROM,并且将它放入EPROM烧结炉中,接着烧结出新的程式,之后再重新插回目标系统中,这机器很快的就会老化。而通过ROM,你将能够产生新程式,并且将它加载到其后可以接着运行并测试它,等到满足时再加载到目标机ROM或闪存中。
2、软件仿真器和软件模拟监控器
软件仿真器是指一个软硬件融合式的目标安全监控,其安装部分或整个的目标平台硬件都仿真在软件系统环境中。与其他类目标安全监控仪的调试程序和目标安全监控仪功能分离不同的是,软件仿真器同时融合了调试程序和目标安全监控的功能。按照仿真程度的差异,可分成低端和高端两个不同的种类。其运算速率一般比实际的硬件较慢,通常要慢10—100倍,而且不能用来发现与时序问题相关的错误。因此研制高端软件仿真仪有很大的技术难度,而复杂的高级微处理器也通常无法模拟。根据指令运行方法的不同,软件式仿真监控仪又可分成两种:
(1)解释式仿真安全监控,它可以把从目标机上翻译好的程式直接读起来模拟运行,其所模拟的方法就是先编译另一种目标机上的格式命令,然后再把仿真安全监控仪在平台上的格式命令进行一个转化,从而实现了仿真的效果。
(2)翻译型虚拟安全监控仪,像是WinCE上的模拟调试环境那样,先把目标程序编译成虚拟安全监控仪所在主机的命令格式并直接运行,在开发平台上调试运行无误后,再交叉编译成目标机上的程式代号,然后载入并在目标机上进行。
二、当前技术研发面临的困境
（1）投资成本较大
当前，在嵌入式系统环境中，对监测关键技术研发里，投资是重要的环节，但是像是ICE和高档的仿真器这一类的投资，设备非常昂贵，往往成本大代价大，由于这些技术本身就功能性和实用性都多种多样，比起软件模拟器这种基础的设备，投资成本上往往要花费更多的人力物力和代价。但就算是这样的投资水平，也不一定能换来技术的完美革新，这是当前研发面临的急需解决的问题，就是如何利用相对低的成本不断研发高新技术使监测关键技术研发实现新突破。
（2）技术研发难度较高
一般就研发的难度来说，软件仿真器；高档仿真器>软件监控器>硬件监控器。软件仿真器和高档仿真器的技术已经非常成熟，想要实现突破其实是非常困难的，而且其投资水平也影响了其研发的进度。但是像是硬件监控器的主要构成是ICE和ROM这样的，研发技术就较容易实现新的突破，其本身难度就不大，技术的应用也会更广泛门槛更低。但是想要实现在关键技术的突破，高档仿真器和软件仿真器是不可跳过的难关。
（3）水平不一,标准难统一
由于当前监测器的技术水平参差不齐，功能应用的水平也难以统一，所以在实际运用的方面就会导致产品选择的五花八门。由于每个监测器技术的限制，其标准就很难统一，长期以来也会导致技术人员对研发的热情丧失，技术研发止步不前。
结束语
随着中国国内自主产权的嵌入式微处理器投片技术成熟,不论是在进行商用推广或是军事等特定行业对国产嵌入式微处理器的应用需求,都需要有高效率的嵌入式系统软件研发环境支撑。而可靠的嵌入式操作系统软件调试开发工具,正是当中的重要核心部分。主要的嵌入式操作系统开发工具供应商都公开证明了本企业软件产品对GNU软件兼容性的支持,因此许多开发人员都在将GNU开发工具进行嵌入式操作系统的研发,并且这个群体还在快速增长中。
参考文献
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