智能命令行設計及其在SOPC系統中的應用

命令行是計算機系統中最重要的組件之一。它可以幫助開發人員更方便的控制系統。在調試過程中，可以讓開發人員隨時變更測試方法。

FPGA的成本越來越低，FPGA上的嵌入式系統（SOPC）也應用得越來越廣泛。但是相對其他成熟的計算機體系，SOPC系統現在還沒有命令行。為了更好的推廣SOPC應用，筆者開發了一個智能的命令行模塊，可以調用系統中的任意函數，降低了開發人員的使用難度。在最小配置時，它只有大約1000行代碼，占用14KB存儲容量，可以放在完全由FPGA片內資源構成的計算機系統中。它的結構也具有很好的擴展性，開發人員可以結合自己的需求，輕松添加命令，豐富它的特性。

命令行框架設計
1 總體設計
好的命令行要具有擴展性，開發人員能輕松添加自己的命令；也要傻瓜化，簡單易于使用。

為了達到這兩個目的，可采用編譯器創建的數組作為命令的總索引數據結構。為每條命令創建一個變量，指定它放在一個命令行專用的段中；其中用段“shell_cmd_tab”存放用戶主動創建的命令；用段“shell_cmd_tab_auto”存放系統中所有全局函數。創建變量只需調用宏SHELL_CMD_DECL，提供命令名、命令說明和函數名即可。這樣就可以實現C語言函數、變量、段、內存區域的自動映射過程。

命令的數據結構如下。

typedef struct _ncommand_t {
const char *name;
const char *descr;
shell_st_call cfunc;
} ncommand_t;

為了簡化命令的創建，定義下面這個宏來創建命令。
#define SHELL_CMD_DECL(name, usage, func) ncommand_t _shell_cmd_tab_##func _attribute_ ( (section( “.shell_cmd_tab”) ) )={ name, usage, func }; // small memory version
創建命令的實例如下：SHELL_CMD_DECL(“dump”, “Shows a memory dump”, hexdump);

2 連接腳本
在連接腳本里指定段的位置是簡化命令行使用流程的關鍵。GCC使用PROVIDE定義變量。筆者使用PROVIDE定義了各個段的起始地址和結束地址，從而可以在代碼中使用段地址查詢到所有命令。在編譯器使用的連接腳本中添加如下行定義函數表。

.shell :
{
PROVIDE (__ram_shell_start = ABSOLUTE(.));
. = ALIGN(32 / 8);
PROVIDE (__ram_shell_cmd_tab_begin = ABSOLUTE(.));
*(.shell_cmd_tab .shell_cmd_tab.*)
PROVIDE (__ram_shell_cmd_tab_end = ABSOLUTE(.));
PROVIDE (__ram_shell_cmd_tab_auto_begin = ABSOLUTE(.));
*(.shell_cmd_tab_auto .shell_cmd_tab_auto.*)
PROVIDE (__ram_shell_cmd_tab_auto_end = ABSOLUTE(.));
*(.shell .shell.*)
. = ALIGN(32 / 8);
PROVIDE (__ram_shell_end = ABSOLUTE(.));
} > ddr_sdram

3 動態函數表創建
由工具自動根據系統中的全局函數創建的命令被稱為自動命令。自動命令使用戶可以在命令行中調用任意普通函數，即使開發人員沒有聲明這些函數為命令。自動命令也需要一個數組包含系統中所有全局函數的信息，這個表為動態函數表。使用一個腳本根據系統的可執行文件自動生成動態函數表。要先編譯軟件，生成可執行文件；再調用腳本創建動態函數表；最后再編譯出包含動態函數表的可執行文件。

在腳本中先使用GNU的nm工具從可執行文件導出所有全局符號，再使用grep提取出包括函數名的行，接著使用cut刪除函數名前的地址信息，使用sed將字符T替換為創建命令的宏SHELL_CMD_DECL_AUTO，并在行尾添加括號。最后將所有這些信息寫入一個C源代碼文件，交給編譯器編譯，就能得到一個動態函數表。

4 自動命令參數個數
為了便于開發人員使用，自動命令最好能適應所有函數類型，假設都是unsigned int的函數類型。對于可以成功轉化為unsigned int類型整數的參數，將真實的值傳遞給函數；對于其他參數，則將參數作為一個字符串傳遞給函數。