嵌入式硬件調(diào)試和軟件調(diào)試

相對于軟件調(diào)試而言，使用硬件調(diào)試器可以獲得更強大的調(diào)試功能和更優(yōu)秀的調(diào)試性能。硬件調(diào)試器的基本原理是通過仿真硬件的執(zhí)行過程，讓開發(fā)者在調(diào)試時可以隨時了解到系統(tǒng)的當前執(zhí)行情況。目前嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中最常用到的硬件調(diào)試器是ROM Monitor、ROM Emulator、In-Circuit Emulator和In-Circuit Debugger。

采用ROM Monitor方式進行交叉調(diào)試需要在宿主機上運行調(diào)試器，在目標機上運行ROM監(jiān)視器（ROM Monitor）和被調(diào)試程序，宿主機通過調(diào)試器與目標機上的ROM監(jiān)視器建立通信連接，它們之間的通信遵循遠程調(diào)試協(xié)議。ROM監(jiān)視器可以是一段運行在目標機ROM上的可執(zhí)行程序，也可以是一個專門的硬件調(diào)試設備，它負責監(jiān)控目標機上被調(diào)試程序的運行情況，能夠與宿主機端的調(diào)試器一同完成對應用程序的調(diào)試。在使用這種調(diào)試方式時，被調(diào)試程序首先通過ROM監(jiān)視器下載到目標機，然后在ROM監(jiān)視器的監(jiān)控下完成調(diào)試，目前使用的絕大部分ROM監(jiān)視器能夠完成設置斷點、單步執(zhí)行、查看寄存器、修改內(nèi)存空間等各項調(diào)試功能。

采用ROM Emulator方式進行交叉調(diào)試時需要使用ROM仿真器，它通常被插入到目標機上的ROM插槽中，專門用于仿真目標機上的ROM芯片。在使用這種調(diào)試方式時，被調(diào)試程序首先下載到ROM仿真器中，它等效于下載到目標機的ROM芯片上，然后在ROM仿真器中完成對目標程序的調(diào)試。ROM Emulator調(diào)試方式通過使用一個ROM仿真器，雖然避免了每次修改程序后都必須重新燒寫到目標機ROM中這一費時費力的操作，但由于ROM仿真器本身比較昂貴，功能相對來講又比較單一，因此只適應于某些特定場合。

采用In-Circuit Emulator（ICE）方式進行交叉調(diào)試時需要使用在線仿真器，它是仿照目標機上的CPU而專門設計的硬件，可以完全仿真處理器芯片的行為，并且提供了非常豐富的調(diào)試功能。在使用在線仿真器進行調(diào)試的過程中，可以按順序單步執(zhí)行，也可以倒退執(zhí)行，還可以實時查看所有需要的數(shù)據(jù)，從而給調(diào)試過程帶來了很多的便利。嵌入式系統(tǒng)應用的一個顯著特點是與現(xiàn)實世界中的硬件直接相關，存在各種異變和事先未知的變化，從而給微處理器的指令執(zhí)行帶來各種不確定因素，這種不確定性在目前情況下只有通過在線仿真器才有可能發(fā)現(xiàn)，因此盡管在線仿真器的價格非常昂貴，但仍然得到了非常廣泛的應用。

采用In-Circuit Debugger（ICD）方式進行交叉調(diào)試時需要使用在線調(diào)試器。由于ICE的價格非常昂貴，并且每種CPU都需要一種與之對應的ICE，使得開發(fā)成本非常高，一個比較好的解決辦法是讓CPU直接在其內(nèi)部實現(xiàn)調(diào)試功能，并通過在開發(fā)板上引出的調(diào)試端口，發(fā)送調(diào)試命令和接收調(diào)試信息，完成調(diào)試過程。目前Motorola公司提供的開發(fā)板上使用的是DBM調(diào)試端口，而ARM公司提供的開發(fā)板上使用的則是JTAG調(diào)試端口，使用合適的軟件工具與這些調(diào)試端口進行連接，可以獲得與ICE類似的調(diào)試效果。

軟件調(diào)試通常要在不同的層次上進行，有時可能需要對嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)核進行調(diào)試，而有時可能僅僅只需要調(diào)試嵌入式應用程序就可以了。在嵌入式系統(tǒng)的整個開發(fā)過程中，不同層次上的軟件調(diào)試需要使用不同的調(diào)試方法。

嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)核調(diào)試相對來講比較困難，這是因為在內(nèi)核中不便于增加一個調(diào)試器程序，而只能通過遠程調(diào)試的方法，通過串口和操作系統(tǒng)內(nèi)置的"調(diào)試樁"（debug stub）進行通信，共同完成調(diào)試過程。調(diào)試樁可以看成是一個調(diào)試服務器，它通過操作系統(tǒng)獲得一些必要的調(diào)試信息，并且負責處理宿主機發(fā)送來的調(diào)試命令。具體到嵌入式Linux系統(tǒng)內(nèi)核，調(diào)試時可以先在Linux內(nèi)核中設置一個調(diào)試樁，用作調(diào)試過程中和宿主機之間的通信服務器，然后就可以在宿主機中通過調(diào)試器的串口與調(diào)試樁進行通信，并通過調(diào)試器控制目標機上Linux內(nèi)核的運行。