CN103136107A - 一种嵌入式程序动态分配内存的变量调试方法 - Google Patents

一种嵌入式程序动态分配内存的变量调试方法 Download PDF

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一种嵌入式程序动态分配内存的变量调试方法，1)嵌入式程序结构体注册接口实现；2)上位机设有对嵌入式程序结构体调试的程序和3)变量调试的通信协议实现；通过上位机程序和嵌入式程序的调试通信协议；用户在上位机软件输入需要调试的层次变量名，上位机软件读取程序头文件，分析数据结构体，计算每个成员变量相对偏移地址和数据类型信息，形成变量调试表，并下载到装置。软件在构造函数中记录动态申请的结构体实例首地址，并根据调试的层次变量名查询到相对地址，然后加上结构体首地址，得到每个成员变量的绝对地址，访问该地址的数据并上送给上位机显示。该方法打破了以往只能调试编译器静态分配的全局变量的局限，提高程序诊断效率。

Description

一种嵌入式程序动态分配内存的变量调试方法
技术领域
本发明属于程序调试范畴，具体涉及嵌入式程序动态分配内存的变量调试方法。
背景技术
在软件的开发维护过程中，软件调试是很重要的一个步骤，通过调试来诊断解决程序问题。在上位机(PC机)环境运行的程序，由于有集成开发调试的人机界面工具，可以方便地进行单步调试或输出中间运行信息。嵌入式软件由于是独立运行在装置中，一般是通过仿真器连接调试线，进行调试，这种模式需要人为预先知道变量的地址，并且装置是在STOR(停止实时运行)的模式下才能支持仿真器调试。目前尚且没有在运行模式下调试动态分配内存的方法。
调试一个变量，首先需要知道该变量的地址。编译器在编译程序时，对于全局声明的变量，可以预先静态分配地址，形成全局变量的MAP文件，通过分析该文件，可获取全局变量名和地址信息，从而调试全局变量。随着程序规模增加，全局数据空间有限，无法把所有变量都放到全局区，并且有些数据需要根据具体情况动态分配。动态分配内存的变量是在程序构造函数中申请的，这些变量在程序运行前地址是未知的，由于CPU运行的是二进制指令，在运行过程中没有地址和变量名的对应关系，无法用传统的仿真器调试方法来调试嵌入式程序动态分配内存的变量在运行模式下的实际值。
发明内容
本发明的目的是：提供一种嵌入式程序动态分配内存的变量调试方法。通过分析管理结构体变量信息，形成相对地址调试表，实现了嵌入式程序动态分配内存的变量调试，提高了程序开发和调试的效率。
本发明的技术方案由三部分组成，第一部分为嵌入式程序结构体注册接口实现；第二部分为上位机设有对嵌入式程序结构体调试的程序，分析嵌入式程序结构体信息，形成调试表；第三部分为变量调试的通信协议定义。
第一部分，开发了嵌入式程序的调试模块，在嵌入式程序中增加调试模块，提供嵌入式程序结构体注册函数，通过调用该函数，往调试模块注册动态分配结构体的类型名、实例名、结构体实例首地址；并定义了registerComponent接口供嵌入式程序结构体构造程序调用；该接口可以记录每个动态分配的嵌入式程序结构体类型名、实例名、首地址信息；通过搜集嵌入式程序的结构体的类型名、实例名、结构体实例首地址构成的结构体实例信息，形成结构体信息表；
第二部分，开发上位机调试模块程序；上位机软件计算分析结构体信息，形成结构体变量相对偏移地址调试表，并将地址调试表文件下载给嵌入式装置；该模块通过分析指定目录下的程序头的文件，根据CPU的字长和对齐设置和不同变量类型的存储字节设置，分析结构体内每个成员变量的数据类型，进行条件编译预处理、词法扫描、类型识别、语义处理和数据类型属性等步骤，形成结构体定义语义树，以递归下降分析算法计算出结构体内每个变量的大小、相对偏移地址。以结构体类型名为单位形成调试信息表，并将调试表下载到嵌入式装置；结构体相对偏移地址表(调试表)包括的内容：结构体类型名、变量名、变量相对地址、变量类型；
第三部分，通过上位机程序和嵌入式程序的调试通信协议；用户在在上位机软件输入需要调试的层次变量名，上位机软件以层次变量名为关键字，通过自定义TCP应用层协议，下发需要调试的变量(调试表)即下发层次变量名(结构体实例名+变量名)给嵌入式程序。嵌入式程序在结构体信息表中获取结构体实例名的首地址和类型名，然后在调试表中查找到需要调试的变量名，获取相对偏移地址，结构体首地址与相对偏移地址之和就是变量的绝对地址，通过访问读取绝对地址的内存数据，可以通过网络、串口链路上送变量实际值、即得到变量的实际值，并上送给上位机软件解析报文内容，显示变量值。
本发明有益效果是：通过上位机程序和嵌入式程序的调试通信协议；用户在上位机软件输入需要调试的层次变量名，上位机软件读取程序头文件，分析数据结构体，计算每个成员变量相对偏移地址和数据类型信息，形成变量调试表，并下载到装置。装置软件在构造函数中记录动态申请的结构体实例首地址，并根据调试的层次变量名查询到相对地址，然后加上结构体首地址，得到每个成员变量的绝对地址，访问该地址的数据并上送给上位机显示。该方法打破了以往只能调试编译器静态分配的全局变量的局限，扩大了嵌入式程序的调试范围，提高了程序诊断效率。本发明实现了嵌入式程序在实时运行模式下调试动态分配内存，可以对程序的每个变量进行实时跟踪，可以快速定位运行工况下的程序问题，缩短了开发周期，也带来较好的经济效益。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1是结构体信息表原理图。
图2是调用结构体注册函数代码示例图。
图3是计算结构体成员变量相对偏移地址流程图。
图4是结构体成员变量相对偏移地址表示例。
图5是调试变量的流程图。
图6是上位机软件的可视化调试界面示例。
具体实施方式
图1结构体信息表原理图中，结构体信息表包括的内容：结构体类型名、实例名、起始地址。
在图2调用结构体注册函数代码示例图中，结构体类型名为Current，在Current的构造函数中动态申请了内存，并调用registerComponent函数，注册了结构体实例信息。在Main函数中，调用了两次构造函数，依次定义了实例名cur1、cur2。
通过图3的计算流程，上位机软件形成结构体成员表图4所示，结构体Current，有3个整型成员变量，名字为IA、IB、IC，相对偏移地址为0、4、8。根据图6是上位机软件的可视化调试界面示例，用户双击可视化页面上的连接线，把对应的层次变量名下发给装置，根据图5所示的流程，装置周期上送变量值，上位机软件刷新显示变量值，实现了嵌入式程序动态分配内存的实时调试。
本发明分三部分的模块和程序：
第一部分，嵌入式C程序中，数据通过结构体进行组织和重用。在结构体动态分配内存的函数中，调用接口注册结构体信息。定义结构体信息表数据模型如下：
Figure BDA0000115735550000031
如图1所示，将结构体信息组成一个线性表，可以通过结构体实例名为关键字，查找获取结构体的类型名、首地址信息。如图2所示，在main函数中，形成了多个动态分配内存的结构体的实例。在结构体构造函数中，通过调用自定义接口registerComponent，把动态分配的结构体信息注册到信息表中。
第二部分：上位机软件计算分析结构体信息，形成结构体变量相对偏移地址调试表，并把文件下载给装置。设置需要分析的头文件目录和CPU字长和对齐方式，然后进行词法扫描识别记号、宏定义的替换、条件预编译处理、分析程序的语法结构和关系、分析程序的静态语义和数据类型属性等步骤，以结构体为单位形成调试信息表，并下载到嵌入式装置。分析结构体的流程如图3所示。结构体相对偏移地址表(调试表)包括的内容：结构体类型名、变量名、变量相对地址、变量类型。如图4所示，电流Current有3个整型变量IA、IB、IC，相对地址分别为0、4、8。上位机软件下发调试变量名“cur1.IB”，嵌入式软件通过调试名分析出结构体实例名为cur1，成员变量名为IB。如图1所示，cur1的首地址为0xffa000fc，则cur1.IB的绝对地址为0xffa00100，数据类型为整型，则嵌入式程序访问内存0xffa00100，并读取4字节内容，把变量值上送给上位机软件显示。
第三部分：调试的通信协议定义。调试变量的流程如图5所示，上位机软件下发打开调试变量的报文，装置程序收到层次变量名报文后，获取变量地址，读取数据，周期上送变量值。
报文格式定义如下：
约定：控制方向：上位机软件
监视方向：嵌入式程序
1)报文头格式
表1报文头格式
  报文内容   说明
  帧头标志1   0xEB
  帧头标志2   0x68
  数据长度   1字节
  主命令   1字节
2)打开调试变量的报文
该报文用于下发调试变量的绝对地址。
表2打开调试变量控制方向报文
  报文内容   说明
  报文内容   说明
  命令字   1
  调试变量地址   4字节
  调试变量字节长度   1字节
表3打开调试变量监视方向报文
3)刷新调试变量值的报文
表4刷新调试变量值监视方向报文
Figure BDA0000115735550000052
4)关闭调试变量的报文
该报文用于关闭单个或全部调试变量，关闭成功后，监视方不再上送该变量的值。
表5关闭调试变量控制方向报文
  报文内容   说明
  命令字   3
  调试变量编号   1字节
表6关闭调试变量监视方向报文
  报文内容   说明
  命令字   3
  命令执行结果   0：成功，1：失败
  调试变量编号   1字节
利用上述方法实现了嵌入式程序动态分配内存的变量调试，并在多个型号的装置中进行了应用，提高了开发调试效率。

Claims (4)

1.一种嵌入式程序动态分配内存的变量调试方法，其特征是：
1)嵌入式程序结构体注册接口实现；在嵌入式程序中增加调试模块，提供嵌入式程序结构体注册函数，通过调用该函数，往调试模块注册动态分配结构体的类型名、实例名、结构体实例首地址；并定义了接口供嵌入式程序结构体构造程序调用；该接口能够记录每个动态分配的嵌入式程序结构体类型名、实例名、首地址信息；通过搜集嵌入式程序的结构体的类型名、实例名、结构体实例首地址构成的结构体实例信息，形成结构体信息表；
2)上位机设有对嵌入式程序结构体调试的程序，分析嵌入式程序结构体信息，形成调试表；开发上位机调试模块程序；上位机软件计算分析结构体信息，形成结构体变量相对偏移地址调试表，并将地址调试表文件下载给嵌入式装置；该模块通过分析指定目录下的程序头的文件，根据CPU的字长和对齐设置和不同变量类型的存储字节设置，分析结构体内每个成员变量的数据类型，进行条件编译预处理、词法扫描、类型识别、语义处理和数据类型属性等步骤，形成结构体定义语义树，以递归下降分析算法计算出结构体内每个变量的大小、相对偏移地址。以结构体类型名为单位形成调试信息表，并将调试表下载到嵌入式装置；结构体相对偏移地址表(调试表)包括的内容：结构体类型名、变量名、变量相对地址、变量类型；
3)变量调试的通信协议：通过上位机程序和嵌入式程序的调试通信协议；用户在上位机软件输入需要调试的层次变量名，上位机软件以层次变量名为关键字，通过自定义TCP应用层协议，下发需要调试的变量(调试表)即下发层次变量名(结构体实例名+变量名)给嵌入式程序。嵌入式程序在结构体信息表中获取结构体实例名的首地址和类型名，然后在调试表中查找到需要调试的变量名，获取相对偏移地址，结构体首地址与相对偏移地址之和就是变量的绝对地址，通过访问读取绝对地址的内存数据，可以通过网络、串口链路上送变量实际值、即得到变量的实际值，并上送给上位机软件解析报文内容，显示变量值。
2.如权利要求1所述的一种嵌入式程序动态分配内存的变量调试方法，其特征是：在所述1)中定义了结构体注册接口，记录动态分配内存数据的类型名、实例名、首地址，形成了结构体信息表。
3.如权利要求1一种嵌入式程序动态分配内存的变量调试方法，其特征是：在所述的2)中开发了上位机软件，可以分析程序头文件，计算出结构体内各个成员变量的相对地址和类型大小，以结构体类型名为单位管理变量的相对地址信息，形成变量调试表。该软件可分析多种主流嵌入式芯片对应的程序，并通过配置文件可灵活增加需分析程序的CPU类型。
4.如权利要求1一种嵌入式程序动态分配内存的变量调试方法，其特征是：在所述的3)中，定义了基于TCP的应用层调试协议，在PC机通过网络调试嵌入式装置的变量。
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