通过CPU仿真器（ICE）实现对嵌入式操作系统的调试

       对于开发嵌入式系统，软件调试一直是一个难度大、直接影响产品质量的重要环节。由于嵌入式系统本身不具备调试环境，又有较高的实时性要求，所以必须要有外部调试工具的协助工作。ICE仿真器作为嵌入式调试的核心设备，可以帮助用户实现断点调试、单步运行、寄存器与内存读写、闪存烧写等功能。

       嵌入式系统通常可以分为硬件、硬件驱动、实时操作系统以及上层应用等几部分。其中实时操作系统是整个系统的管理者，起着承上启下，合理分配系统资源的作用。操作系统的开发、调试是系统开发的最重要环节。如果操作系统不能稳定运行，整个系统就无法正常工作；反之，操作系统正常工作了，再进行上层应用开发就会变得快速、稳定、可靠。同时，稳定的系统也有利于进行各种相关测试。

图1  ICE仿真器工作示意图

       日本横河数字计算机公司出品的AdvicePro仿真器产品，通过对实时操作系统TCB（Task Control Block）的解析，非常直观地显示操作系统的资源信息以及各进程的状态，为客户提供稳定的系统调试平台。以横河数字计算机公司为大唐移动提供的实时操作系统ThreadX调试方案为例，ThreadX是一种以占用空间小、可靠性高、实时性高、完全源代码透明而闻名的实时操作系统，完全与Green Hills Software的MULTI IDE集成，并包含可识别内核的调试（kernel awareness debugging）、工程项目管理、源代码浏览、事件跟踪分析、代码分析，用于系统及应用项目监控。作为多任务系统，在系统运行时，会产生多个线程互相通信，交替工作。ThreadX的各个线程的信息都保存在TCB结构体中，ThreadX的TCB结构体的一部分如下：

       typedef  struct TX_THREAD_STRUCT
{
    ULONG       tx_thread_id;           /* Control block ID         */
    ULONG       tx_run_count;           /* Thread's run counter     */
    VOID_PTR    tx_stack_ptr;           /* Thread's stack pointer   */
    VOID_PTR  tx_stack_start;         /* Stack starting address   */
    VOID_PTR    tx_stack_end;           /* Stack ending address     */
    ULONG       tx_stack_size;          /* Stack size               */
    ULONG       tx_time_slice;          /* Current time-slice       */
    ULONG  tx_new_time_slice;      /* New time-slice           */
  CHAR_PTR  tx_thread_name;         /* Pointer to thread's name */
    UINT        tx_priority;            /* Priority of thread (0-31)*/
    UINT        tx_state;               /* Thread's execution state */
    UINT   tx_delayed_suspend;     /* Delayed suspend flag     */
    UINT        tx_suspending;          /* Thread suspending flag   */
  UINT  tx_preempt_threshold;   /* Preemption threshold     */
   ULONG  tx_priority_bit;        /* Priority ID bit          */
 }

       线程的信息保存在TCB结构体中，因此只要能够对TCB进行解析，就可以获取各线程的相关信息，跟踪系统状态。例如，在图2所示的系统中，通过解析，我们可以知道，该系统中共有9个线程被启动，同时工作。其中线程System_Timer_Thread拥有最高的优先级，状态为SUSPENDED。

图2  多线程状态表示界面

       在多任务系统中，每个进程都拥有独立使用的堆栈，用于保存进程在函数调用、中断处理时产生的临时信息、数据。适当地为堆栈分配空间，是维护系统稳定，节约系统资源的一个核心环节。因为，如果为堆栈分配的空间过小，当需要保存的信息较多时，堆栈就可能会溢出，从而导致系统崩溃；反之，如果给堆栈分配的空间过大，就会浪费宝贵的系统资源。AdvicePro的系统堆栈分析功能，可以直观地帮助用户了解到系统堆栈的状态，控制余量，在保证系统稳定的前提下，最大程度节省系统资源，提高系统效率。

       通过线程堆栈资源表示界面（图3），可以清楚地观察到各线程堆栈的当前状态。例如为线程System_Timer_Thread分配的堆栈空间是0x801f5a3～0x801f1a4，大小为400个双字，当前堆栈指针指向0x801f514，已使用空间占全部空间的14%。这样就可以非常直观地了解到堆栈的使用状况，有效预防由于堆栈溢出而引起的系统崩溃。

图3  线程堆栈资源表示界面

       AdvicePro的实时操作系统调试功能是通过TCL脚本语言来实现的。TCL是一种很通用的脚本语言，它几乎在所有的平台上都可以解释运行，功能强大，是Tool Command Language的缩写，主要适用于发布命令给一些交互程序，如文本编辑器、调试器和shell。它有简单的语法和很强可扩充性，TCL可以创建新的过程以增强其内建命令的执行能力。AdvicePro的调试软件MicroView-Plus中内嵌了TCL解释器，用户可以根据需要自行定制界面，增加了产品的灵活性。

       以上，我们只是以ThreadX为例，简单介绍了AdvicePro仿真器在嵌入式实时操作系统调试中的应用。作为日本最成熟的嵌入式测试产品，AdvicePro在Symbian、Linux、Nucleus等操作系统上也有相当丰富的实际经验。欲了解更多信息请访问：www.yokogawa.com/cn-ysh (中文)或 www.yokogawa.com (英文)。