1、程序調(diào)式與調(diào)試器的設(shè)計(jì)與概述
   調(diào)試就是發(fā)現(xiàn)程序中的錯(cuò)誤并修改錯(cuò)誤的過程，在軟件開發(fā)流程中，調(diào)試是一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)。調(diào)試器就是幫助程序員發(fā)現(xiàn)并排除錯(cuò)誤的軟件工具，它給程序員提供從不同角度觀察程序執(zhí)行情況的能力。同時(shí)，好的調(diào)試器也是“讀”程序的好幫手，程序員通過調(diào)試器調(diào)試程序時(shí)提供的各種功能和運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)信息可以更深刻地理解程序功能。可以說調(diào)試器的優(yōu)劣是衡量軟件開發(fā)環(huán)境好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)。在嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境中，調(diào)試尤顯其重要性。因?yàn)樵S多嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的軟件規(guī)模并不是太大，也就是說設(shè)計(jì)和代碼編寫工作量相對(duì)較小，而開發(fā)者所面對(duì)的硬件對(duì)象千差萬別，操作系統(tǒng)和就用程序也往往是綁定在一起的，如何“導(dǎo)出”調(diào)式結(jié)果信息也是軟硬件開發(fā)者必須考慮的一個(gè)問題。
2、調(diào)試的一般過程
當(dāng)程序運(yùn)行后未得到預(yù)期結(jié)果，也就是程序有了“問題”，如何從程序的運(yùn)行結(jié)果出發(fā)找到出錯(cuò)的根源，不同的程序員可能各有自己不同的經(jīng)驗(yàn)和方法，但基本的調(diào)試過程還是類似的，可簡(jiǎn)單圖示如下：

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圖1—1調(diào)試的一般過程
3、調(diào)試器的分類
 從調(diào)試器參與與調(diào)試的時(shí)機(jī)來看，或劃分為靜態(tài)調(diào)度器和動(dòng)態(tài)調(diào)器兩類。靜態(tài)調(diào)試器的典型做法是在源程序中需要收集信息的位置插入跟蹤語句，然后重新編譯、執(zhí)行程序，程序執(zhí)行完畢后，用調(diào)試器分析執(zhí)行時(shí)出跟蹤語句保留下來的信息，將分析的結(jié)果給程序員作判斷用。動(dòng)態(tài)調(diào)器（又稱源代碼調(diào)試器或符號(hào)調(diào)試器），則是在程序運(yùn)行的過程中動(dòng)態(tài)地監(jiān)控程序運(yùn)行，并提供給程序員控制被調(diào)試程序的運(yùn)行和訪問被調(diào)試程序信息的手段。這一類調(diào)試器最本質(zhì)的特征是提供有設(shè)置斷點(diǎn)（breakpoint）和單步跟蹤程序運(yùn)行等能力，被調(diào)試程序運(yùn)行時(shí)遇到斷點(diǎn)后便停下來，調(diào)試器給程序員提供可從不同的角度觀察程序運(yùn)行情況的能力，以方便程序找出錯(cuò)原因，進(jìn)而修改程序。本論文討論的主要是這類調(diào)試器。其實(shí)，現(xiàn)在有些調(diào)試器這兩種特點(diǎn)兼而有之。
從調(diào)試器提供給程序員的抽象層次來分，可分為高層調(diào)試器和低層解試器。所謂的低層調(diào)試器通常指調(diào)試程序時(shí)僅能在匯編代碼一級(jí)反映程序的運(yùn)行狀態(tài)，程序員只能從指令級(jí)和CPU的各種寄存器狀態(tài)中分析程序運(yùn)行是否正常。高層調(diào)試器則指能在高級(jí)語言一級(jí)反映程序的運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)試器。
從使用的被調(diào)試程序的功能特點(diǎn)來分，又可分為簡(jiǎn)單調(diào)試器。并行調(diào)試器，分布式調(diào)試器等等。
4、調(diào)試器設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的一般原則
●Heisnberg原則：調(diào)試器應(yīng)盡量減少對(duì)被調(diào)試器對(duì)象的影響
特別是對(duì)于動(dòng)態(tài)調(diào)試器來說，出于其直接介入了被調(diào)度對(duì)象的運(yùn)行，就必須考慮這種介入是否對(duì)被調(diào)度器程序有所干擾，如果產(chǎn)生了干擾，其反映的被調(diào)試對(duì)象的信息肯定就不完全真實(shí)。對(duì)大多數(shù)傳統(tǒng)的順序執(zhí)行的程序而言，出于被調(diào)試的程序進(jìn)行與調(diào)試器程序進(jìn)程不同一虛地址空間，因而不存在多大的干擾。但是，對(duì)于并行和分布式系統(tǒng)中的程序調(diào)試而言這種干擾就不可避免了，如何盡可能的減少對(duì)被調(diào)試對(duì)象的影響，則是這類調(diào)試器設(shè)計(jì)要考慮的首要問題。
●程序員通過調(diào)試器所獲得的信息應(yīng)真實(shí)反映被調(diào)試器執(zhí)行的實(shí)際情況
如對(duì)于高層調(diào)試器設(shè)計(jì)而言，程序?qū)嶋H執(zhí)行代碼的實(shí)際位置得與源代碼行應(yīng)準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)起來，特別是再考慮到允許編譯器做代碼優(yōu)化工作話，這個(gè)原則更必須予以重視，因?yàn)榇a優(yōu)化之后，源代碼行與目標(biāo)代碼指令序列的對(duì)應(yīng)關(guān)系遭到破壞，從而也就打亂了目標(biāo)文件調(diào)試信息中的對(duì)應(yīng)關(guān)系。故一般調(diào)試程序時(shí)，都要求編譯器在編譯時(shí)不使用優(yōu)化選項(xiàng)。
●盡可能我的給出有關(guān)被調(diào)試對(duì)象的上下文信息[!--empirenews.page--]
調(diào)試器應(yīng)提供給程序員從不角度和層次觀察調(diào)試對(duì)象狀態(tài)和行為的功能。一般而言，調(diào)試器至少得具有斷點(diǎn)設(shè)置和查看、單步跟蹤程序執(zhí)行流程、以及程序在斷點(diǎn)處停下來時(shí)對(duì)各種寄存器和內(nèi)存內(nèi)容的訪問、顯示調(diào)用棧中函數(shù)的調(diào)用關(guān)系等等功能。當(dāng)然，對(duì)于多進(jìn)程和多線程的調(diào)試器，還得具有查看進(jìn)程或線程之間的通信關(guān)系，以及它們各自的狀態(tài)信息等等。
5、嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)中的調(diào)試方法
嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)中，嵌入式操作系統(tǒng)和開發(fā)具起到非常重要的作用。首先嵌入式操作系統(tǒng)機(jī)構(gòu)了軟件開發(fā)的基本執(zhí)行支撐，是軟件開發(fā)的基礎(chǔ)。另一方面，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的硬件通常使用專用芯片及System—On—Chinp技術(shù)，通常需要新的工具包支持。工具中編譯工具對(duì)發(fā)揮芯片的性能至關(guān)重要，調(diào)試工具對(duì)開發(fā)效率至關(guān)重要。
對(duì)嵌入式系統(tǒng)的軟件開環(huán)境而言，開發(fā)者所面對(duì)的硬件對(duì)象往往千差萬別，軟件開發(fā)的規(guī)模一般較小，還帶有各種如實(shí)時(shí)性、內(nèi)存大不、能耗小、安全性的特殊需求，調(diào)試荼就顯成尤為重要。最早期的調(diào)試方法基本采取的是“crash and burn”的方法，即把編譯好的目標(biāo)代碼“燒”到目標(biāo)板上，讓它跑起來，如果未得到預(yù)期結(jié)果，仔細(xì)檢查源代碼，猜測(cè)出問題可能出現(xiàn)的地方，嘗試修試源代碼，再重新“燒”到目標(biāo)板上，再運(yùn)行，一直重復(fù)這個(gè)過程，直到結(jié)果正確為止。使用這種方法，猶如在暗室中維修精密儀器，可想而各程序調(diào)試的難度有多大。
為了方便嵌入系統(tǒng)中代碼的調(diào)試，在硬件上，出現(xiàn)了各種各樣的具有調(diào)式功能的調(diào)試板（本文稱之為目標(biāo)板-Target）。如增加了串口，并口，網(wǎng)口使之通過串、并口線或網(wǎng)線并借助另外一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)（本文稱之為主機(jī)-Host）把調(diào)式信息輸出并顯示出來，有的甚至在微代碼一級(jí)增加了實(shí)現(xiàn)調(diào)試功能的指令。在軟件上，也出現(xiàn)了大量嵌入式調(diào)試器，即使不是專門向嵌入系統(tǒng)的調(diào)試器往往也是一定程度上考慮了嵌入式系統(tǒng)軟件調(diào)試功能。如Microsoft.VxWOrks,pSoS均提供圖形化的易用的程序開發(fā)調(diào)試環(huán)境，開發(fā)調(diào)試環(huán)境已經(jīng)監(jiān)控系統(tǒng)核心（Kernel Aware），可視化整個(gè)系統(tǒng)（System Visual）。但由于一些嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的通常使用專用芯片，其開發(fā)環(huán)境相對(duì)較弱，調(diào)試器的開發(fā)也必然是完善這些軟件開發(fā)環(huán)境的重要環(huán)節(jié)。
6、嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境中調(diào)試器的特點(diǎn)
●具有跨平臺(tái)的交叉調(diào)試功能，與嵌入系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境的編譯器一樣，被調(diào)試程序的運(yùn)行平臺(tái)與調(diào)試器本身的運(yùn)行平臺(tái)往往是不一致的。
●一般得具有遠(yuǎn)程調(diào)試的功能。嵌入式系統(tǒng)中對(duì)程序的調(diào)試往往通過串口通信，網(wǎng)絡(luò)通信等方式來完成調(diào)試器與運(yùn)行目標(biāo)程序的嵌入式設(shè)備的交互。這就使得被調(diào)試程序中得有實(shí)現(xiàn)這種交互的功能模塊。
●根據(jù)嵌入式硬件環(huán)境的不同特點(diǎn)，針對(duì)這種硬件平臺(tái)的調(diào)試器往往也具備一些獨(dú)特功能。
●如果有某類嵌入式設(shè)備的仿真環(huán)境的話，相應(yīng)的應(yīng)用程序的調(diào)試一般先考慮在仿真環(huán)境下調(diào)試，以減少調(diào)試代價(jià)。