引言
GNU免費(fèi)提供了一整套工具鏈,為嵌入式Linux程序的開發(fā)和調(diào)試提供了完整的支持。其強(qiáng)大的gdb調(diào)試工具可以方便地對(duì)嵌入式平臺(tái)上的程序進(jìn)行跟蹤調(diào)試;而Linux下強(qiáng)悍的VIM編輯器,不僅可以方便地調(diào)用make文件對(duì)代碼進(jìn)行編譯,而且通過腳本的配置還可輕松地成為高效的代碼編輯環(huán)境。流傳著這樣一種說法,“世界上的程序員分三種,一種使用Emacs,一種使用VIM,剩余的是其他。”不去辯論這句話的對(duì)與錯(cuò),單純從字面意義上來理解,也足見VIM的魅力了。因此,在VIM中實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式軟件的調(diào)試,我們便得到了一個(gè)高效、穩(wěn)定的嵌入式Linux的開發(fā)環(huán)境。
1 gdb對(duì)嵌入式軟件的調(diào)試模式
許多非Linux的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在使用gdb與gdb stub對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行遠(yuǎn)程“交叉調(diào)試”;然而,因?yàn)長inux內(nèi)核實(shí)現(xiàn)了ptrace()系統(tǒng)調(diào)用,所以在對(duì)嵌入式應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)試的時(shí)候并不需要gdb stub,而采用gdb套件提供的gdb服務(wù)器來對(duì)目標(biāo)板上的嵌入式應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)試。
目標(biāo)板上的gdb服務(wù)端gdbserver與主機(jī)上的gdb調(diào)試器的通信方式主要有兩種:使用串口通信的“交叉串行連接”和使用網(wǎng)口的“TCP/IP”聯(lián)機(jī)。鑒于PC端的方便性以及串口資源有限,尤其是現(xiàn)在的筆記本電腦甚至已經(jīng)不存在串口,所以,大多采用TCP/IP方式,即PC主機(jī)與目標(biāo)板通過網(wǎng)線直連或者PC機(jī)與目標(biāo)板通過路由或者h(yuǎn)ub等組成局域網(wǎng)通信。這種調(diào)試模式如圖1所示。
2 在VIM中實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式軟件的調(diào)試
我們知道,gdb的功能雖然強(qiáng)大,但由于其基于命令行的操作,所以調(diào)試過程不直觀,而且Windows下的調(diào)試環(huán)境集調(diào)試與代碼編輯為一體,當(dāng)出現(xiàn)bug的時(shí)候,可以方便地對(duì)源代碼進(jìn)行修改,相比而言,gdb在這方面又有些失色。既然VIM和gdb的功能如此強(qiáng)大,又完全免費(fèi),而且完全適合嵌入式這種特殊的開發(fā)模式,那么有沒有將二者強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的方法呢?有,那就是vimgdb。
vimgdb是給VIM提供一個(gè)可選特性的補(bǔ)丁。它可以在VIM編輯器里提供完整的gdb調(diào)試器支持,比如設(shè)置斷點(diǎn)、查看變量值、gdb命令補(bǔ)全等等,并且這些操作可以在VIM中直觀地顯示出來。下面闡述在VIM中實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式軟件調(diào)試的具體過程。
2.1 系統(tǒng)環(huán)境及所用軟件包版本
PC操作系統(tǒng):Ubuntu8.10。
PC編譯器:GNU gcc4.3.1。
圖1 TCP/IP聯(lián)機(jī)的嵌入式軟件調(diào)試模式
PC調(diào)試器:GNU gdb6.8。
目標(biāo)板Linux內(nèi)核:2.6.13。
目標(biāo)板CPU:S3C2440(ARM9架構(gòu))。
交叉編譯器:armlinuxgcc3.4.1。
交叉調(diào)試器:自編譯GNU gdb6.8。
目標(biāo)板gdb服務(wù)端:自編譯 GNU gdbserver6.8。
跨平臺(tái)開發(fā)工具路徑:~/buildtools/armlinux,且已經(jīng)設(shè)置好系統(tǒng)路徑變量。
測試代碼及程序路徑:~/test,包含程序代碼test.c及Makefile。
所用軟件包存放路徑:~/down。
所用軟件包:VIM編輯器源碼vim7.1.tar.bz2、vimgdb711.13.tar.gz、GNU gdb源碼gdb6.8.tar.bz2。
2.2 對(duì)VIM源碼打vimgdb補(bǔ)丁并編譯安裝
?、?運(yùn)行下面的命令,解壓VIM源碼及vimgdb補(bǔ)丁文件,并對(duì)VIM源碼打補(bǔ)?。?/p>
cd ~/down
tar jxvf vim7.1.tar.bz2
tar zxvf vimgdb711.13.tar.gz
patch d vim71 backup p0 < vimgdb/vim71.diff
?、?運(yùn)行下面命令,對(duì)VIM編譯器進(jìn)行編譯和安裝:
cd ~/down/vim71/src
make
make install
執(zhí)行完上述操作后,VIM將會(huì)被安裝在/usr/local路徑下。如果想修改安裝路徑,可在上述的編譯安裝前,打開~/down/vim71/src/Makefile文件的862行安裝路徑選項(xiàng)并修改。如將VIM安裝在/usr路徑下,則將 862 #prefix = $(HOME)修改為862 prefix = /usr。
③ 安裝vimgdb的runtime文件,運(yùn)行下面的命令:
cd ~/down/vimgdb
tar zxfv vimgdb_runtime.tgz C /usr/share/vim/vimfiles
2.3 建立交叉調(diào)試嵌入式軟件的gdb組件
?、?編譯嵌入式gdb調(diào)試器服務(wù)端gdbserver,運(yùn)行如下的命令:
cd ~/down/gdb6.8/gdb/gdbserver
./cONfigurehost=armlinux target=armlinux
CC=armlinuxgcc make
將當(dāng)前目錄下的gdbserver拷貝到目標(biāo)板文件系統(tǒng)的/bin目錄下,以備交叉調(diào)試用。
?、?編譯安裝交叉調(diào)試器gdb,運(yùn)行如下命令:
cd ~/down/gdb6.8
./configure target=armlinux prefix=/home/popeye/buildtools/armlinux/
注意,這里的prefix的值必須填寫絕對(duì)路徑,而不能用“ ~”來替代用戶路徑/home/popeye,否則會(huì)提示prefix路徑賦值錯(cuò)誤。然后運(yùn)行:
make
這個(gè)過程中,可能會(huì)出現(xiàn)圖2所示的錯(cuò)誤。
出現(xiàn)這種情況的原因是,編譯規(guī)則中選擇了警告選項(xiàng)“Werror”。它會(huì)將所有的警告轉(zhuǎn)變?yōu)殄e(cuò)誤,而且出現(xiàn)的有關(guān)“getwd”函數(shù)的提示信息表明,這里編譯器檢測到的應(yīng)該是一個(gè)“警告”,而不是真正的語法錯(cuò)誤。所以,需改正編譯選項(xiàng):
cd~/down/gdb6.8/gdb
gedit Makefile
注意,此處的Makefile是在執(zhí)行完上述的make命令后才產(chǎn)生的,在最初的代碼包里不含有這個(gè)文件。對(duì)文件的145行進(jìn)行修改,去掉WERROR_CFLAGS的賦值,即將“145 WERROR_CFLAGS = Werror”修改成“145 WERROR_CFLAGS =”。然后:
cd ~/down/gdb6.8
make
make install
圖2 make過程中的錯(cuò)誤提示
最后進(jìn)入~/buildtools/armlinux/bin中,發(fā)現(xiàn)交叉調(diào)試器armlinuxgdb已經(jīng)存在了。
2.4 在VIM中實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式軟件調(diào)試前的準(zhǔn)備
在嵌入式軟件開發(fā)過程中的習(xí)慣做法是: 首先,在PC機(jī)上編譯調(diào)試程序,如果在PC機(jī)上運(yùn)行正常,再進(jìn)行交叉編譯。然后,將軟件移植到目標(biāo)板上,如果在目標(biāo)板上出現(xiàn)bug,再用交叉調(diào)試器armlinuxgdb進(jìn)行調(diào)試。
簡而言之,對(duì)嵌入式軟件的調(diào)試過程包含兩個(gè)部分:PC機(jī)上調(diào)試部分和嵌入式平臺(tái)上的調(diào)試部分。在這個(gè)過程中,可能既用到PC機(jī)上的調(diào)試器gdb,又用到交叉調(diào)試器armlinuxgdb,而對(duì)應(yīng)的是同一個(gè)源代碼程序和運(yùn)行在不同平臺(tái)上的兩個(gè)可執(zhí)行程序。同時(shí)涉及兩個(gè)調(diào)試器轉(zhuǎn)換的問題,但vimgdb只能對(duì)字符串為“gdb”的系統(tǒng)命令進(jìn)行調(diào)用。
下面,將這個(gè)比較困難的問題簡單化:
① 編輯適用的Makefile,控制生成對(duì)應(yīng)不同平臺(tái)的可執(zhí)行程序:
cd ~/test
其中,test.c為實(shí)驗(yàn)代碼,Makefile為編譯規(guī)則,我們簡單編寫Makefile的內(nèi)容為:
testpc: test.c
gcc g Wall o testpc test.c
testem: test.c
armlinuxgcc g Wall o testem test.C
當(dāng)執(zhí)行“make testpc”命令時(shí),就會(huì)生成可運(yùn)行在PC機(jī)上的可執(zhí)行程序;執(zhí)行“make testem”則生成可運(yùn)行在嵌入式目標(biāo)板上的可執(zhí)行程序。
?、?修改vimgdb的快捷鍵映射腳本,在VIM中實(shí)現(xiàn)PC調(diào)試器與交叉調(diào)試器的輕松切換。
首先,針對(duì)vimgdb只能對(duì)字符串為“gdb”的系統(tǒng)命令進(jìn)行調(diào)用,做如下的工作:
mv /usr/bin/gdb /usr/bin/gdbpc
cd ~/buildtools/armlinux/bin
ln s /usr/bin/gdbpc gdb
由于已經(jīng)將~/buildtools/armlinux/bin添加到了系統(tǒng)路徑里面,所以執(zhí)行完上述操作后,在任何時(shí)候,運(yùn)行“gdb”命令時(shí),真正運(yùn)行的調(diào)試器取決于這里gdb所連接的調(diào)試器。
其次,編輯文件/etc/vim/macros/gdb_mappings.vim。主要修改和添加的部分為:
a. 添加調(diào)試器轉(zhuǎn)換函數(shù),并設(shè)置轉(zhuǎn)換開關(guān)為大寫“E”鍵(Shift+E實(shí)現(xiàn)):
let s:emOS_k = 1
nmap
function! s:emOS()
if s:emOS_k
let s:emOS_k = 0
exec ":!ln sf ~/buildtools/armlinux/bin/armlinuxgdb ~/buildtools/armlinux/bin/gdb"
echohl ErrorMsg
echo "NOW! Gdb is ready for Embedded System !!!"
echohl None
else
let s:emOS_k = 1
exec ":!ln sf /usr/bin/gdbpc ~/buildtools/armlinux/bin/gdb"
echohl ErrorMsg
echo "Gdb is ready for PC,, Now"
echohl None
endif
Endfunction
b. 在語句if s:gdb_k行下添加代碼:
nmap
nunmap E
即在進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)后,屏蔽掉調(diào)試器轉(zhuǎn)換快捷鍵E,并設(shè)置快捷鍵F8來顯示變量值監(jiān)測窗口。
c. 在let s:gdb_k = 1行下添加代碼:
exec ":!ln sf /usr/bin/gdbpc ~/buildtools/armlinux/bin/gdb"
nmap
即在退出調(diào)試狀態(tài)后,還原gdb命令為gdbpc的調(diào)用,并還原“E”的調(diào)試器轉(zhuǎn)換開關(guān)作用。
d. 在/etc/vim/vimrc中添寫語句:
run macros/gdb_mappings.vim
使得啟動(dòng)vim后,便會(huì)在vim中啟動(dòng)對(duì)gdb進(jìn)行調(diào)用的快捷鍵映射。
至于在gdb_mappings.vim中具體設(shè)定的其他快捷鍵,由讀者自己分析或設(shè)定即可。
2.5 在VIM中對(duì)嵌入式軟件進(jìn)行調(diào)試
下面設(shè)定目標(biāo)板上的嵌入式軟件調(diào)試時(shí)所用的快捷鍵: E為調(diào)試器轉(zhuǎn)換開關(guān);F9為進(jìn)入調(diào)試模式;F8為開啟變量監(jiān)視窗口;空格鍵為開啟命令行輸入窗口;調(diào)試模式為PC通過超級(jí)終端對(duì)嵌入式目標(biāo)板進(jìn)行輸入輸出,Ubuntu8.10通過TCP/IP方式對(duì)嵌入式軟件進(jìn)行調(diào)試;PC機(jī)Linux IP為222.31.51.147;目標(biāo)板IP為222.31.51.180;調(diào)試連接端口為1234。
① 用VIM打開~/test/test.c,運(yùn)行命令“:make testem”,將生成的testem文件拷貝到嵌入式平臺(tái)的文件系統(tǒng)下,并在嵌入式平臺(tái)運(yùn)行命令,指定等待連接的交叉調(diào)試器地址、連接端口以及要調(diào)試的嵌入式程序:
gdbserver 222.31.51.147:1234 testem
嵌入式端會(huì)出現(xiàn)如下的類似提示信息,進(jìn)入等待連接狀態(tài):
Process testem created; pid = 801
Listening on port 1234
?、?按下大寫“E”鍵(Shift+按鍵E),根據(jù)VIM窗口下方的提示信息,確定所選調(diào)試器。
提示信息為“NOW! Gdb is ready for Embedded System!!!”或者“Gdb is ready for PC,, Now”。
?、?按下F9,在出現(xiàn)的命令窗口輸入命令“file testem”后,會(huì)在VIM中的另一個(gè)窗口出現(xiàn)以下類似的調(diào)試信息:
GNU gdb 6.8
Copyright (C) 2008 Free Software Foundation, Inc.
……
This GDB was configured as "host=i686pclinuxgnu target=armlinux".
?。╣db) file testem
Reading symbols from /home/popeye/test/testem…done.
?。╣db)
可以發(fā)現(xiàn),在VIM中已經(jīng)成功調(diào)用交叉調(diào)試器armlinuxgdb了。以后的調(diào)試命令,都是通過先按下空格鍵,調(diào)出命令窗口,輸入命令,回車后傳遞給調(diào)試器。
按下空格,在命令窗口輸入命令,連接嵌入式目標(biāo)板端:
target remote 222.31.51.180:1234
此時(shí),VIM中的調(diào)試信息窗口出現(xiàn)信息:
?。╣db) target remote 222.31.51.180:1234
Remote debugging using 222.31.51.180:1234
[New Thread 801]
0x40000dd0 in ?? () from /lib/ldlinux.so.2
(gdb)
而在嵌入式端出現(xiàn)提示信息:
ProcESS testem created; pid = 801
Listening on port 1234
Remote debugging from host 222.31.51.147
至此,PC交叉調(diào)試器與嵌入式軟件的連接完成,現(xiàn)在可以在VIM中對(duì)程序運(yùn)行進(jìn)行例如斷點(diǎn)一類的設(shè)置動(dòng)作;而嵌入式軟件的輸入輸出,需要在嵌入式端來完成。這里先通過命令對(duì)代碼設(shè)置斷點(diǎn),然后用命令continue繼續(xù)程序運(yùn)行(注意,這里不用run開始,因?yàn)楫?dāng)調(diào)試器與嵌入式端連接完成時(shí),被調(diào)試的嵌入式軟件已經(jīng)開始運(yùn)行),用命令next對(duì)程序?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)調(diào)試。調(diào)試過程中的VIM如圖3所示。
圖3 正在進(jìn)行交叉調(diào)試的VIM
圖中測試代碼要實(shí)現(xiàn)的是讓用戶輸入5個(gè)數(shù),然后經(jīng)過排序后輸出。對(duì)應(yīng)的輸入輸出在嵌入式端體現(xiàn)出來。對(duì)應(yīng)圖3,此時(shí)在嵌入式端需要進(jìn)行輸入動(dòng)作:
Listening on port 1234
Remote debugging from host 222.31.51.147
Enter 10 numbers:
a[0]=25
a[1]=56
a[2]=……
從圖3中可以直觀地看清斷點(diǎn)設(shè)置在哪里,程序現(xiàn)在步進(jìn)到哪里。當(dāng)程序第一次運(yùn)行到圖3中的17行時(shí),按下F8鍵,開啟變量值觀測窗口,然后先后執(zhí)行3個(gè)命令“cr i”、“cr j”、“cr a[i]”,這樣,就可以在變量觀測窗口實(shí)時(shí)地監(jiān)測變量的數(shù)值了,如圖4所示。
圖4 帶實(shí)時(shí)變量值監(jiān)測窗口的VIM
這種調(diào)試方式提供對(duì)gdb所有命令功能的支持,而且當(dāng)發(fā)現(xiàn)bug時(shí),可以通過q命令終止調(diào)試,然后按F9跳出調(diào)試模式,就可以繼續(xù)對(duì)源代碼進(jìn)行修改。
至于在這之前的嵌入式軟件在本地PC機(jī)上的調(diào)試,其過程比起調(diào)試運(yùn)行在嵌入式設(shè)備上的軟件來講,只少了個(gè)遠(yuǎn)程連接的過程,其余調(diào)試過程都一樣。至此,實(shí)現(xiàn)了在VIM中對(duì)嵌入式軟件的調(diào)試。
3 結(jié)語
嵌入式Linux系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,對(duì)嵌入式軟件開發(fā)和調(diào)試環(huán)境的效率提出了更高的要求。GNU所提供的支持交叉編譯與調(diào)試的工具鏈?zhǔn)且粋€(gè)很好的選擇,尤其是其中的gdb調(diào)試工具完全滿足嵌入式軟件“交叉編譯”的這種特殊需要;而且,功能強(qiáng)大的VIM編輯器又可實(shí)現(xiàn)對(duì)gdb調(diào)試器的整合,從而在VIM中實(shí)現(xiàn)了對(duì)嵌入式軟件的調(diào)試功能。通過上面的實(shí)例可以看到,在VIM中對(duì)嵌入式軟件進(jìn)行調(diào)試更加直觀和高效,從而也促使嵌入式軟件的開發(fā)效率得到了質(zhì)的提高。