嵌入式軟件集成開發環境的設計與實現

摘要：文章設計了嵌入式集成開發環境的層次結構;給出GCC重定向的一般方法并設計了通用交叉編譯接口;給出GDB移植的一般方法并設計了通用調試接口。在此基礎上,實現了PLAEmbeddedIDE v1.0嵌入式軟件集成開發環境原型系統。

1 引言

日益成熟的硬件技術以及更加復雜化的應用需求，使得軟件逐步取代硬件成為嵌入式系 統系統的主要組成部分[7]。嵌入式軟件系統的開發是否能跟上市場需求的變化成為制約嵌入 式產品能否占據市場的關鍵因素。因此，設計一種較為通用的，高度集成的，同時具備良好 擴展性的嵌入式軟件集成開發環境對于提高嵌入式軟件開發效率非常重要[1][4]。

本文中設計并實現的嵌入式軟件開發環境 PLAEmbeddedIDE v1.0，是基于Windows 環 境的，集編輯器、交叉編譯器、交叉調試器等工具為一體的，具備擴展性的嵌入式軟件集成 開發環境。

2 PLAEmbeddedIDE 的層次結構

PLAEmbeddedIDE 采用分層的模塊化結構，其結構如圖1 所示，從上至下分別是用戶 界面層、配置實體層、接口層、功能層。其中，功能層又分為兩大部分：工具集和可重用組 件庫。用戶界面接收用戶的輸入對系統進行配置，通過配置實體設定相應的參數，接口層通 過傳遞過來的配置參數，對工具進行必要的配置，并加載恰當的工具完成用戶動作。

3 PLAEmbeddedIDE 的交叉編譯器模塊

3.1 交叉編譯器后端重定向機制

可重定向編譯器是快速開發交叉編譯器的平臺[2]，以最常用的可重定向編譯器GCC 為 例，圖2 是GCC 后端重定向的原理圖。

GCC 后端與目標相關部分的源碼insn-*，是由后端代碼生成器gen*(文件名以gen 開 頭的c 源程序)讀入3 個目標描述文件自動產生的，如圖2 中右側所示。這些生成器gen* 相當于目標描述文件的解釋程序，對目標描述文件進行分析和處理。目標描述文件由 machine.md、machine.h、和machine.c 構成，是insn-*文件描述內容的抽象形式，與insn-* 文件相比，目標描述文件更容易書寫和理解。

gen*程序實現了從目標機描述文件到GCC 后 端的自動生成。 重定向交叉編譯器時，gen*讀入目標描述文件生成相應的insn-*，然后將這些insn-*與 GCC 的其它源程序(與目標不相關的代碼)共同編譯鏈接，生成最終的交叉編譯器。用戶 在基于GCC 構建新的交叉編譯器時，需要做的工作就是編寫或改寫三個目標描述文件，修 改相關編譯選項即可[5]。

3.2 交叉編譯器的接口設計

基于 GCC 構建的交叉編譯器是一個獨立的應用程序，當用戶調用的時候，GCC 作為后 臺程序運行[5]，完成編譯功能之后，將返回結果傳送給用戶界面。因此，還需要向上層用戶 界面提供通用的編譯接口，PLAEmbeddedIDE 通過調用這些接口來完成各項編譯工作。 根據集成開發環境對交叉編譯器的功能要求，本文設計了通用的編譯接口函數 InvokeComplier( )供上層GUI 調用。部分代碼如下：

4 PLAEmbeddedIDE 交叉調試器模塊

4.1 GDB 的移植

GDB 的移植工作主要集中在與目標相關的代碼編寫[3][6]，下面將分別就GDB 源碼中與 目標相關的文件，講述如何進行移植代碼的編寫。

(1)GDB-6.3/gdb/ARCH-tdep.c 該文件的主要作用是初始化gdbarch 結構，ARCH 代表目標體系結構的名稱。gdbarch 結構是在gdbarch.c 文件中定義的，用于存放與目標體系結構相關的信息。mcore-tedp.c 文件 的初始化函數是_initialize_mcore_tdep(void)，這個函數在GDB 啟動的時候被調用。當GDB 讀入類型為bfd_arch_ARCH 的可執行文件時，將調用類型bfd_arch_ARCH 指向的函數： ARCH_gdbarch_init(),ARCH_dump_tdep()。其中，函數ARCH_gdbarch_init()主要負責完成 gdbarch 結構的部分初始化工作，ARCH_dump_tdep()負責顯示有關目標信息(可以省略)。

(2)GDB-6.3/gdb/ARCH-TOS-tdep.c 該文件主要對上面(1)中建立的gdbarch 結構根據操作系統的特性進一步初始化。其 中ARCH 代表的意義與(1)中相同，TOS 代表目標平臺采用的操作系統名稱。該文件的初 始化函數void _initialize_more_uclinux_tdep (void) 也是在GDB初始化的時候被調用執行的。

該初始化函數通過調用gdbarch_regiSTer_osabi ()向全局鏈表gdb_osabi_handler_list 上注冊函 數mcore_uclinux_init_abi()。注冊過的函數將被初始化函數ARCH_gdbarch_init()中的 gdbarch_init_osabi()調用執行。

(3)GDB-6.3/gdb/ARCH-NAT.c 和GDB-6.3/gdb/ARCH-TOS-NAT.c

這兩個文件是與操作系統相關的，其中文件ARCH-NAT.c 中的函數側重于目標體系結 構，支持多種操作系統，文件ARCH-TOS-NAT.c 中的函數則針對某種目標體系結構上的某 種操作系統，實際編寫時可以靈活掌握。

(4)GDB-6.3/gdb/config/ARCH/ARCH.mt

這個文件是設置一些生成目標GDB 時，需要跟目標操作系統有關的文件。

(5)GDB-6.3/gdb/config/ARCH/tm-ARCH.h 和GDB-6.3/gdb/config/ARCH/tm-TOS.h

這兩個文件是分別與體系結構相關和與操作系統相關的頭文件，這些頭文件將被很多相 關文件所包含。通過在這些頭文件中設置相應的宏或其他的定義，起到對其他相關文件設置 的作用。

(6)GDB-6.3/config.sub 和GDB-6.3/gdb/configure.tgt

修改config.sub 和configure.tgt 文件，在config.sub 中添加相應目標體系結構的處理腳本， 同時在configure.tgt 中指定交叉調試器的名稱等信息。修改完成后，就可以利用make 工具， 運行“./configure –target=ARCH”命令生成可以直接運行的新的交叉調試器了。