嵌入式硬件调试和软件调试

仿真

相对于软件调试而言，使用硬件调试器可以获得更强大的调试功能和更优秀的调试性能。硬件调试器的基本原理是通过仿真硬件的执行过程，让开发者在调试时可以随时了解到系统的当前执行情况。目前嵌入式系统开发中最常用到的硬件调试器是ROM Monitor、ROM Emulator、In-Circuit Emulator和In-Circuit Debugger。

采用ROM Monitor方式进行交叉调试需要在宿主机上运行调试器，在目标机上运行ROM监视器（ROM Monitor）和被调试程序，宿主机通过调试器与目标机上的ROM监视器建立通信连接，它们之间的通信遵循远程调试协议。ROM监视器可以是一段运行在目标机ROM上的可执行程序，也可以是一个专门的硬件调试设备，它负责监控目标机上被调试程序的运行情况，能够与宿主机端的调试器一同完成对应用程序的调试。在使用这种调试方式时，被调试程序首先通过ROM监视器下载到目标机，然后在ROM监视器的监控下完成调试，目前使用的绝大部分ROM监视器能够完成设置断点、单步执行、查看寄存器、修改内存空间等各项调试功能。

采用ROM Emulator方式进行交叉调试时需要使用ROM仿真器，它通常***入到目标机上的ROM插槽中，专门用于仿真目标机上的ROM芯片。在使用这种调试方式时，被调试程序首先下载到ROM仿真器中，它等效于下载到目标机的ROM芯片上，然后在ROM仿真器中完成对目标程序的调试。ROM Emulator调试方式通过使用一个ROM仿真器，虽然避免了每次修改程序后都必须重新烧写到目标机ROM中这一费时费力的操作，但由于ROM仿真器本身比较昂贵，功能相对来讲又比较单一，因此只适应于某些特定场合。

采用In-Circuit Emulator（ICE）方式进行交叉调试时需要使用在线仿真器，它是仿照目标机上的CPU而专门设计的硬件，可以完全仿真处理器芯片的行为，并且提供了非常丰富的调试功能。在使用在线仿真器进行调试的过程中，可以按顺序单步执行，也可以倒退执行，还可以实时查看所有需要的数据，从而给调试过程带来了很多的便利。嵌入式系统应用的一个显著特点是与现实世界中的硬件直接相关，存在各种异变和事先未知的变化，从而给微处理器的指令执行带来各种不确定因素，这种不确定性在目前情况下只有通过在线仿真器才有可能发现，因此尽管在线仿真器的价格非常昂贵，但仍然得到了非常广泛的应用。

采用In-Circuit Debugger（ICD）方式进行交叉调试时需要使用在线调试器。由于ICE的价格非常昂贵，并且每种CPU都需要一种与之对应的ICE，使得开发成本非常高，一个比较好的解决办法是让CPU直接在其内部实现调试功能，并通过在开发板上引出的调试端口，发送调试命令和接收调试信息，完成调试过程。目前Motorola公司提供的开发板上使用的是DBM调试端口，而ARM公司提供的开发板上使用的则是JTAG调试端口，使用合适的软件工具与这些调试端口进行连接，可以获得与ICE类似的调试效果。

软件调试

软件调试通常要在不同的层次上进行，有时可能需要对嵌入式操作系统的内核进行调试，而有时可能仅仅只需要调试嵌入式应用程序就可以了。在嵌入式系统的整个开发过程中，不同层次上的软件调试需要使用不同的调试方法。

嵌入式操作系统的内核调试相对来讲比较困难，这是因为在内核中不便于增加一个调试器程序，而只能通过远程调试的方法，通过串口和操作系统内置的"调试桩"（debug stub）进行通信，共同完成调试过程。调试桩可以看成是一个调试服务器，它通过操作系统获得一些必要的调试信息，并且负责处理宿主机发送来的调试命令。具体到嵌入式Linux系统内核，调试时可以先在Linux内核中设置一个调试桩，用作调试过程中和宿主机之间的通信服务器，然后就可以在宿主机中通过调试器的串口与调试桩进行通信，并通过调试器控制目标机上Linux内核的运行。

嵌入式应用软件的调试可以使用本地调试和远程调试两种方法，相对于操作系统的调试而言，这两种方式都比较简单。如果采用的是本地调试，首先要将所需的调试器移植到目标系统中，然后就可以直接在目标机上运行调试器来调试应用程序了；如果采用的是远程调试，则需要移植一个调试服务器到目标系统中，并通过它与宿主机上的调试器共同完成应用程序的调试。在嵌入式Linux系统的开发中，远程调试时目标机上使用的调试服务器通常是gdbserver，而宿主机上使用的调试器则是gdb，两者相互配合共同完成调试过程。

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