CN100386743C - 一种嵌入式系统的调试方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种嵌入式系统的调试方法，应用于由嵌入式系统和通过通讯接口与其相连的外部调试终端组成的系统，首先在被调试程序中增加调试模块，将被调试程序下载到嵌入式系统中并设置调试模块入口；然后运行被调试程序，当运行到调试模块入口时，调试模块暂停该程序的运行，保存当前程序运行环境并通知调试终端；调试终端从嵌入式系统中读取被调试程序运行环境的数据，分析和判断程序是否存在问题，如不需要继续运行，则结束，否则向调试模块发继续运行的指令，调试模块控制被调试程序继续运行，在下一调试模块入口处用相同方式处理，直到该程序执行完成或用户中断调试。本发明能在最终的硬件环境中运行调试，能够发现问题产生的真正原因。

Description

一种嵌入式系统的调试方法及其系统

技术领域

本发明涉及嵌入式系统，尤其涉及嵌入式系统的调试方法及其系统。

背景技术

嵌入式软件开发的流程通常是首先在PC机中仿真调试，调试结束以后将程序下载到芯片中，再做进一步的硬件测试。由于不是在最终的硬件环境中运行调试，即仿真环境与真实环境存在差异，因此经常遇到的一个问题是在硬件测试时发现了在仿真环境中没有遇到的新问题，造成嵌入式系统运行不正常。

市场上有一些硬件的辅助调试工具，这些工具不仅仅价格昂贵，而且仍是对硬件的模拟，不是真正意义上的硬件环境。另外，在非标准的硬件平台上进行嵌入式系统的调试时，也没有合适的硬件仿真平台供调试使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种嵌入式系统的调试方法，能在最终的硬件环境中运行调试，发现系统运行不正常的真正原因。本发明还要提供一种可实现该方法的调试系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种嵌入式系统的调试方法，应用于由嵌入式系统和通过通讯接口与其相连的外部调试终端组成的系统，该方法包括以下步骤：

(a)在被调试程序中增加调试模块并添加断点，将被调试程序下载到嵌入式系统后，调试终端设置该调试程序需要暂停的断点的列表并保存在所述调试模块中；

(b)在嵌入式系统中运行被调试程序，当该程序运行到断点时，所述调试模块先到所述断点列表中查找该断点，找到时才暂停该程序的运行，并保存当前程序运行环境，同时通知所述调试终端，等待该调试终端的指令；

(c)所述调试终端从嵌入式系统中读取被调试程序运行环境的数据，分析和判断程序是否存在问题，如不需要继续运行，则中断调试，结束；如需要继续调试，向所述调试模块发继续运行的指令，执行下一步；

(d)所述调试模块控制被调试程序继续运行，返回执行步骤(b)，直到该程序执行完成或用户中断调试。

进一步地，上述调试方法还可具有以下特点：所述步骤(c)中，当不需修改程序运行环境且需要继续调试时，所述调试终端直接向嵌入式系统中的调试模块发送继续运行的指令，所述调试模块恢复原先保存的运行环境，继续执行被调试程序；而当需修改程序运行环境且需要继续调试时，所述调试终端先向嵌入式系统中的调试模块发送修改运行环境的指令，由所述调试模块对保存的运行环境进行修改，然后所述调试终端再向所述调试模块发送继续运行的指令，所述调试模块恢复修改后的运行环境，继续执行被调试程序。

进一步地，上述调试方法还可具有以下特点：所述步骤(c)中，所述调试终端从嵌入式系统中读取的相关数据包括程序指针、寄存器、堆栈、内存、外存、数据区的数据或程序区的数据。

进一步地，上述调试方法还可具有以下特点：所述嵌入式系统为用户识别模块，所述调试终端与所述嵌入式系统间通过APDU指令通讯。

进一步地，上述调试方法还可具有以下特点：所述嵌入式系统为用户识别模块，所述调试终端的通讯接口为读卡器。

本发明提供的一种嵌入式系统的调试系统包括嵌入式系统，其特征在于，还包括在该嵌入式系统外部的调试终端，其中：

所述嵌入式系统中包括一个设置在被调试程序内部的调试模块，该模块用于接收所述调试终端的控制指令，控制被调试程序的运行并返回调试终端需要的程序运行信息；

所述调试终端通过通讯接口与所述嵌入式系统相连，用于向所述嵌入式系统中的调试模块发送对被调试程序的控制指令，同时获取被调试程序的运行信息并显示；

所述调试终端进一步包括通讯单元、协议分析单元和显示控制单元，其中：

所述通讯单元用于实现所述调试终端与嵌入式系统之间的相互通讯，将嵌入式系统发来的数据传送到所述调试终端的协议分析单元，或者将该协议分析单元发来的数据发送到嵌入式系统；

所述协议分析单元用于对所述调试终端通讯单元发来的数据进行分析，解析出其中的程序运行信息输出到显示控制单元，并将显示控制单元发来的数据组织成调试终端和嵌入式系统间协议要求的格式，输出到所述调试调试终端的通讯单元；

所述显示控制单元用于提供调试人员操作的人机界面，显示本终端协议分析单元发来的程序的运行信息，同时生成控制指令，通过本终端的协议分析单元和通讯单元发送到所述嵌入式系统。

进一步地，上述调试系统还可具有以下特点：所述调试模块进一步包括通讯单元、协议分析单元和流程控制单元，其中：

所述通讯单元用于通过嵌入式系统的接口实现与所述调试终端之间的相互通讯，将所述调试终端发来的数据传送到的所述调试模块协议分析单元，并将本模块协议分析单元发来的数据发送到所述调试终端；

所述协议分析单元用于对所述调试模块通讯单元接收到的数据进行分析，解析出其中的控制信息输出到所述流程控制单元，并将所述流程控制单元返回的数据组织成所述嵌入式系统和所述调试终端间协议的格式输出到所述调试模块通讯单元；

所述流程控制单元用于根据调试终端发来的控制指令控制被调试程序的运行，以及将所述调试终端需要的程序运行信息返回到所述调试模块协议分析单元，再由所述调试模块通讯单元发送到所述调试终端。

进一步地，上述调试系统还可具有以下特点：所述显示控制单元生成的控制指令中包括对需要暂停的断点列表的设置；所述调试模块还包括断点列表存储单元，所述流程控制单元收到设置需要暂停的断点的指令后，将该断点增加到该断点列表存储单元的断点列表中。

进一步地，上述调试系统还可具有以下特点：所述嵌入式系统为用户识别模块，所述调试终端的通讯接口为读卡器。

由上可知，本发明提供了一种基于真正硬件环境的调试方法，此方法实现简单，能在最终的硬件环境中运行调试，能够发现问题产生的真正原因。特别适用于非标准的硬件平台上的嵌入式系统的调试，以及仿真环境与真实环境不一致的情况下使用。

附图说明

图1是本发明第一实施例调试系统的方框图。

图2是本发明第一实施例调试方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的调试系统包括嵌入式系统和其外部的调试终端。在本实施例中，嵌入式系统为一芯片，被调试程序安装在其中，可以是操作系统软件程序，也可以是用户的应用软件程序。

被调试程序下载到芯片之前，需要在被调试程序内部增加调试模块，并在需要设置断点的位置上预先增加断点并指明断点序号。

调试终端通过输入输出接口与芯片中被调试程序内的调试模块进行交互，根据用户需要向芯片发送对被调试程序的控制指令，同时从芯片获取程序的运行信息(如运行环境、状态等)并显示。该终端进一步包括通讯单元、协议分析单元和显示控制单元。其中：

通讯单元用于实现调试终端与嵌入式系统芯片之间的相互通讯，将芯片发来的数据转送到本终端的协议分析单元，或者将该协议分析单元发来的数据发送到芯片。该通讯单元由与芯片连接的输入输出接口和相应的控制单元组成。

协议分析单元用于对本终端通讯单元发来的数据进行分析，解析出其中的程序运行信息并输出到显示控制单元，以及将显示控制单元发来的数据组织成调试终端和芯片间协议要求的格式，输出到本调试终端的通讯单元。

显示控制单元用于提供调试人员操作的人机界面，显示本终端协议分析单元发来的程序的运行信息，同时生成控制指令，如继续运行程序、设置需要暂停的断点列表、读取或写入程序指针、寄存器、堆栈、内存、外存的值等，然后通过本终端的协议分析单元和通讯单元发送到所述芯片。

只有在该列表中的断点处才暂停程序的运行，其它断点实际上不暂停程序运行，即只有断点列表中的断点才作为调试模块入口。

调试模块设置在芯片中被调试程序内部，用于接收调试终端对被调试程序的控制指令，控制程序的运行并返回调试终端需要的程序运行信息。该模块进一步包括通讯单元、协议分析单元、流程控制单元和断点列表存储单元，其中：

通讯单元用于通过芯片的接口实现与调试终端之间的相互通讯，将调试终端发来的数据转送到的本模块协议分析单元，并将本模块协议分析单元发来的数据发送到所述调试终端。

协议分析单元用于对本模块通讯单元接收到的数据进行分析，解析出其中的控制信息输出到流程控制单元，并将流程控制单元返回的数据组织成芯片和调试终端间协议的格式，输出到本模块通讯单元。

流程控制单元用于根据调试终端的控制指令，完成相应操作，如将需要暂停的断点增加到断点列表存储单元中、判断当前断点是否在断点列表中、暂时中断程序运行、继续程序运行等，并将所述调试终端需要的程序运行信息返回到本模块的协议分析单元，再由本模块通讯单元发送到调试终端。

断点列表存储单元，用于保存需要暂停的断点的列表。

基于以上系统，本实施例对嵌入式系统软件进行调试的流程如图2所示，包括以下步骤：

步骤110，在被调试程序中增加调试模块、并在需要设置断点的位置上增加断点并指明断点序号，然后将该程序下载到嵌入式系统中；

步骤120，在被调试程序运行前，外部调试终端设置该程序需要暂停的断点的列表，并保存在调试模块中；

步骤130，运行被调试程序，当程序运行到断点时，激活调试模块，调试模块查找断点列表中是否有该断点，如果有，执行下一步，否则继续运行被调试程序，直到需要暂停的断点处再执行下一步；

步骤140，调试模块暂停程序运行，并保存当前程序运行的环境，包括程序指针、寄存器、堆栈、内存、外存的值等，然后向外部调试终端发送确认信息，表示程序已经停止，将控制权交给外部调试终端，等待外部调试终端的控制指令；

步骤150，调试终端读取程序的寄存器、内存、外存、数据区以及程序区的数据，分析程序运行的环境，如没有发现问题而需要继续调试时，执行步骤160；如发现程序有问题，找到出现问题的原因，需修改程序的运行环境且需要继续调试时，执行步骤170；如发现程序有问题不需要继续调试时用户中断调试，结束；

步骤160，调试终端向嵌入式系统发出继续运行程序的指令，嵌入式系统中的调试终端收到该指令后，恢复寄存器、堆栈、内存、外存等的值，将程序指针恢复到暂停时的位置，继续执行被调试程序，转入步骤180；

步骤170，调试终端先向嵌入式系统发送修改运行环境的指令，嵌入式系统对运行环境进行修改，然后调试终端再向嵌入式系统发送继续运行的指令，嵌入式系统中的调试模块收到指令后，恢复修改后的运行环境，控制被调试程序继续执行；

步骤180，判断程序是否运行完成，如果没有运行完，返回步骤130，如果运行完成，结束。

下面以基于SIM卡的调试系统为应用实例，对符合ISO7816规范的带CUP的智能卡的调试也是相似的。对本发明作进一步的说明。

该应用实例中，是对要运行在SIM卡中的程序进行调试，首先对被调试程序进行修改，添加一个如上文所述的调试模块，下载到SIM卡后，外部调试终端，如PC机，利用现有的读卡器通过APDU指令与卡中被调试程序内的调试模块进行交互。

该实例的调试步骤如下：

第一步：首先在被调试程序中增加调试模块，并在需要的位置设置断点，然后将该程序下载到芯片内；

可以在程序中用宏SETBP+断点序号来设置断点，例如SETBP 1表示在此处设置了断点，序号为1。SETBP主要操作为：判断此序号是否位于断点列表中，如果是，则执行暂停程序流程，否则走正常流程。

第二步：外部调试终端通过APDU指令A0 E0 00 00 X BP1BP2...BPX在调试模块内设置程序需要暂停的断点列表，用于SETBP宏在执行时判断是否需要暂停；

第三步：运行被调试程序，当程序运行至某个断点时，激活该程序内的调试模块，SETBP宏判断该断点在断点列表中时，会将程序暂停，保存当前程序运行的环境，并将程序的控制权交给外部调试终端；

第四步，外部调试终端可以通过APDU指令对芯片进行读写内存、外存、寄存器变量等等操作，从而分析程序运行的环境并找到出现问题的原因。协议中支持的APDU指令的格式如下表所示：

INS	P1	P2	P3	后续数据	功能
						E0	00	00	Len	断点列表	设置断点列表
E0	00	01	00	无	继续程序执行
						E0	01	00	Len	接收返回值	读取寄存器值
E0	02	寄存器序号	1	寄存器值	修改寄存器值
						E2	00	起址	Len	接收返回值	读取内存值
E2	01	起址	Len	待写入内存	写入内存值
						E4	高位	低位	Len	接收返回值	读取外存数据
E6	高位	低位	Len	外存数据	写入外存数据

E8

高位

低位

Len

接收返回值

读取代码数据

第五步，没有问题需要继续运行程序时，外部调试终端发出相应的APDU指令A0 E0 00 01 00，调试模块收到该指令后恢复保存的运行环境继续运行被调试程序；或者，发现问题需要修改运行环境并继续运行时，外部调试终端先发出相应指令，由调试模块写入需修改的运行环境参数，然后调试终端再发出继续运行指令，调试模块恢复修改后的运行环境，然后继续运行被调试程序；

在该步用户也可能中断调试，对存在的问题进行分析。

第六步，程序运行到下一个断点时按相同方式处理，直到程序结束或中断调试过程。

在另一应用实例中，调试终端(如PC机)也可以通过串行口与电路板的控制芯片连接，对控制芯片中的程序进行调试。该实例中，调试终端的通讯模块硬件包括串行接口，软件包括串行接口的驱动程序。调试模块的通讯单元串行口和串行口转换器作为硬件，软件包括芯片内部对输入/输出端口进行操作的程序。

综上所述，本发明提供了一种基于真正硬件环境的调试方法，通过在最终的硬件环境中运行调试，能够发现问题产生的真正原因。特别适用于非标准的硬件平台上的嵌入式系统的调试。

Claims (8)

1.一种嵌入式系统的调试方法，应用于由嵌入式系统和通过通讯接口与其相连的外部调试终端组成的系统，该方法包括以下步骤：

(a)在被调试程序中增加调试模块并添加断点，将被调试程序下载到嵌入式系统后，调试终端设置该调试程序需要暂停的断点的列表并保存在所述调试模块中；

(b)在嵌入式系统中运行被调试程序，当该程序运行到断点时，所述调试模块先到所述断点列表中查找该断点，找到时才暂停该程序的运行，并保存当前程序运行环境，同时通知所述调试终端，等待该调试终端的指令；

(c)所述调试终端从嵌入式系统中读取被调试程序运行环境的数据，分析和判断程序是否存在问题，如不需要继续运行，则中断调试，结束；如需要继续调试，向所述调试模块发继续运行的指令，执行下一步；

(d)所述调试模块控制被调试程序继续运行，返回执行步骤(b)，直到该程序执行完成或用户中断调试。

2.如权利要求1所述的调试方法，其特征在于，所述步骤(c)中，当不需修改程序运行环境且需要继续调试时，所述调试终端直接向嵌入式系统中的调试模块发送继续运行的指令，所述调试模块恢复原先保存的运行环境，继续执行被调试程序；而当需修改程序运行环境且需要继续调试时，所述调试终端先向嵌入式系统中的调试模块发送修改运行环境的指令，由所述调试模块对保存的运行环境进行修改，然后所述调试终端再向所述调试模块发送继续运行的指令，所述调试模块恢复修改后的运行环境，继续执行被调试程序。

3.如权利要求1所述的调试方法，其特征在于，所述步骤(c)中，所述调试终端从嵌入式系统中读取的相关数据包括程序指针、寄存器、堆栈、内存、外存、数据区的数据或程序区的数据。

4.如权利要求1所述的调试方法，其特征在于，所述嵌入式系统为用户识别模块，所述调试终端与所述嵌入式系统间通过APDU指令通讯。

5.一种嵌入式系统的调试系统，包括嵌入式系统，其特征在于，还包括在该嵌入式系统外部的调试终端，其特征在于：

所述嵌入式系统中包括一个设置在被调试程序内部的调试模块，该模块用于接收所述调试终端的控制指令，控制被调试程序的运行并返回调试终端需要的程序运行信息；

所述调试终端通过通讯接口与所述嵌入式系统相连，用于向所述嵌入式系统中的调试模块发送对被调试程序的控制指令，同时获取被调试程序的运行信息并显示；

所述调试终端进一步包括通讯单元、协议分析单元和显示控制单元，其中：

所述调试终端的通讯单元用于实现所述调试终端与嵌入式系统之间的相互通讯，将嵌入式系统发来的数据传送到所述调试终端的协议分析单元，或者将该调试终端的协议分析单元发来的数据发送到嵌入式系统；

所述调试终端的协议分析单元用于对所述调试终端的通讯单元发来的数据进行分析，解析出其中的程序运行信息输出到所述显示控制单元，并将所述显示控制单元发来的数据组织成终端和嵌入式系统间协议要求的格式，输出到所述调试终端的通讯单元；

所述显示控制单元用于提供调试人员操作的人机界面，显示所述调试终端的协议分析单元发来的程序的运行信息，同时生成控制指令，通过所述调试终端的协议分析单元和通讯单元发送到所述嵌入式系统。

6.如权利要求5所述的调试系统，其特征在于，所述调试模块进一步包括通讯单元、协议分析单元和流程控制单元，其中：

所述调试模块的通讯单元用于通过嵌入式系统的接口实现与所述调试终端之间的相互通讯，将所述调试终端发来的数据传送到的所述调试模块协议分析单元，并将所述调试模块的协议分析单元发来的数据发送到所述调试终端；

所述调试模块的协议分析单元用于对所述调试模块通讯单元接收到的数据进行分析，解析出其中的控制信息输出到所述流程控制单元，并将所述流程控制单元返回的数据组织成所述嵌入式系统和所述调试终端间协议的格式输出到所述调试模块通讯单元；

所述流程控制单元用于根据调试终端发来的控制指令控制被调试程序的运行，以及将所述调试终端需要的程序运行信息返回到所述调试模块的协议分析单元，再由所述调试模块的通讯单元发送到所述调试终端。

7.如权利要求6所述的调试系统，其特征在于，所述显示控制单元生成的控制指令中包括对需要暂停的断点列表的设置；所述调试模块还包括断点列表存储单元，所述流程控制单元收到设置需要暂停的断点的指令后，将该断点增加到该断点列表存储单元的断点列表中。

8.如权利要求5所述的调试系统，其特征在于，所述嵌入式系统为用户识别模块，所述调试终端的通讯接口为读卡器。

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