引言

　　GNU免費提供了一整套工具鏈,，為嵌入式Linux程序的開發(fā)和調(diào)試提供了完整的支持,。其強大的gdb調(diào)試工具可以方便地對嵌入式平臺上的程序進行跟蹤調(diào)試；而Linux下強悍的VIM" title="VIM">VIM編輯器,，不僅可以方便地調(diào)用make文件對代碼進行編譯,，而且通過腳本的配置還可輕松地成為高效的代碼編輯環(huán)境。 

　　1gdb對軟件" title="嵌入式軟件">嵌入式軟件的調(diào)試模式

　　許多非Linux的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在使用gdb與gdb stub對目標板進行遠程“交叉調(diào)試”,；然而,，因為Linux內(nèi)核實現(xiàn)了ptrace（）系統(tǒng)調(diào)用，所以在對嵌入式應用程序進行調(diào)試的時候并不需要gdb stub,，而采用gdb套件提供的gdb服務器來對目標板上的嵌入式應用程序進行調(diào)試,。目標板上的gdb服務端gdbserver與主機上的gdb調(diào)試器的通信方式主要有兩種：使用串口通信的“交叉串行連接”和使用網(wǎng)口的“TCP/IP”聯(lián)機。鑒于PC端的方便性以及串口資源有限,，尤其是現(xiàn)在的筆記本電腦甚至已經(jīng)不存在串口,，所以，大多采用TCP/IP方式,，即PC主機與目標板通過網(wǎng)線直連或者PC機與目標板通過路由或者hub等組成局域網(wǎng)通信,。這種調(diào)試模式如圖1所示。

　　2在VIM中實現(xiàn)對嵌入式軟件的調(diào)試

　　我們知道,，gdb的功能雖然強大,，但由于其基于命令行的操作，所以調(diào)試過程不直觀,，而且Windows下的調(diào)試環(huán)境集調(diào)試與代碼編輯為一體,，當出現(xiàn)bug的時候，可以方便地對源代碼進行修改,，相比而言,，gdb在這方面又有些失色。既然VIM和gdb的功能如此強大,，又完全免費,，而且完全適合嵌入式這種特殊的開發(fā)模式，那么有沒有將二者強強聯(lián)合的方法呢,？有,，那就是vimgdb。

　　vimgdb是給VIM提供一個可選特性的補丁,。它可以在VIM編輯器里提供完整的gdb調(diào)試器支持,，比如設置斷點,、查看變量值、gdb命令補全等等,，并且這些操作可以在VIM中直觀地顯示出來,。下面闡述在VIM中實現(xiàn)對嵌入式軟件調(diào)試的具體過程,。

　　2.1系統(tǒng)環(huán)境及所用軟件包版本

　　PC操作系統(tǒng)：Ubuntu8.10,。

　　PC編譯器：GNU gcc4.3.1。

圖1TCP/IP聯(lián)機的嵌入式軟件調(diào)試模式

　　PC調(diào)試器：GNU gdb6.8,。

　　目標板Linux內(nèi)核：2.6.13,。

　　目標板CPU：S3C2440（ARM9架構(gòu)）。

　　交叉編譯器：armlinuxgcc3.4.1,。

　　交叉調(diào)試器：自編譯GNU gdb6.8,。

　　目標板gdb服務端：自編譯 GNU gdbserver6.8。

　　跨平臺開發(fā)工具路徑：~/buildtools/armlinux,，且已經(jīng)設置好系統(tǒng)路徑變量,。

　　測試代碼及程序路徑：~/test，包含程序代碼test.c及Makefile,。

　　所用軟件包存放路徑：~/down,。

　　所用軟件包：VIM編輯器源碼vim7.1.tar.bz2、vimgdb711.13.tar.gz,、GNU gdb源碼gdb6.8.tar.bz2,。

　　2.2對VIM源碼打vimgdb補丁并編譯安裝

　　①運行下面的命令,，解壓VIM源碼及vimgdb補丁文件,，并對VIM源碼打補丁：

　　cd ~/down

　　tar jxvf vim7.1.tar.bz2

　　tar zxvf vimgdb711.13.tar.gz

　　patch d vim71 backup p0 < vimgdb/vim71.diff

　?、谶\行下面命令,，對VIM編譯器進行編譯和安裝：

　　cd ~/down/vim71/src

　　make

　　make install

　　執(zhí)行完上述操作后，VIM將會被安裝在/usr/local路徑下,。如果想修改安裝路徑,，可在上述的編譯安裝前，打開~/down/vim71/src/Makefile文件的862行安裝路徑選項并修改,。如將VIM安裝在/usr路徑下,，則將 862 #prefix = $（HOME）修改為862 prefix = /usr。

　?、郯惭bvimgdb的runtime文件,，運行下面的命令：

　　cd ~/down/vimgdb

　　tar zxfv vimgdb_runtime.tgz C /usr/share/vim/vimfiles

　　2.3建立交叉調(diào)試嵌入式軟件的gdb組件

　　①編譯嵌入式gdb調(diào)試器服務端gdbserver,，運行如下的命令：

　　cd ~/down/gdb6.8/gdb/gdbserver

　　./cONfigure??host=armlinux ??target=armlinux

　　CC=armlinuxgcc make

　　將當前目錄下的gdbserver拷貝到目標板文件系統(tǒng)的/bin目錄下,，以備交叉調(diào)試用,。

　　②編譯安裝交叉調(diào)試器gdb,，運行如下命令：

　　cd ~/down/gdb6.8

　　./configure ??target=armlinux ??prefix=/home/popeye/buildtools/armlinux/

　　注意,，這里的prefix的值必須填寫絕對路徑，而不能用“ ~”來替代用戶路徑/home/popeye,，否則會提示prefix路徑賦值錯誤,。然后運行：

　　make

　　這個過程中，可能會出現(xiàn)圖2所示的錯誤,。

　　出現(xiàn)這種情況的原因是,，編譯規(guī)則中選擇了警告選項“Werror”。它會將所有的警告轉(zhuǎn)變?yōu)殄e誤,，而且出現(xiàn)的有關(guān)“getwd”函數(shù)的提示信息表明,，這里編譯器檢測到的應該是一個“警告”，而不是真正的語法錯誤,。所以,，需改正編譯選項：

　　cd~/down/gdb6.8/gdb

　　gedit Makefile

　　注意，此處的Makefile是在執(zhí)行完上述的make命令后才產(chǎn)生的,，在最初的代碼包里不含有這個文件,。對文件的145行進行修改，去掉WERROR_CFLAGS的賦值,，即將“145 WERROR_CFLAGS = Werror”修改成“145 WERROR_CFLAGS =”,。然后：

　　cd ~/down/gdb6.8

　　make

　　make install

圖2make過程中的錯誤提示

　　最后進入~/buildtools/armlinux/bin中，發(fā)現(xiàn)交叉調(diào)試器armlinuxgdb已經(jīng)存在了,。

　　2.4在VIM中實現(xiàn)對嵌入式軟件調(diào)試前的準備

　　在嵌入式軟件開發(fā)過程中的習慣做法是： 首先,，在PC機上編譯調(diào)試程序，如果在PC機上運行正常,，再進行交叉編譯,。然后，將軟件移植到目標板上,，如果在目標板上出現(xiàn)bug,，再用交叉調(diào)試器armlinuxgdb進行調(diào)試。

　　簡而言之,，對嵌入式軟件的調(diào)試過程包含兩個部分：PC機上調(diào)試部分和嵌入式平臺上的調(diào)試部分,。在這個過程中，可能既用到PC機上的調(diào)試器gdb,，又用到交叉調(diào)試器armlinuxgdb,，而對應的是同一個源代碼程序和運行在不同平臺上的兩個可執(zhí)行程序。同時涉及兩個調(diào)試器轉(zhuǎn)換的問題,，但vimgdb只能對字符串為“gdb”的系統(tǒng)命令進行調(diào)用,。

　　下面,，將這個比較困難的問題簡單化：

　　①編輯適用的Makefile,，控制生成對應不同平臺的可執(zhí)行程序：

　　cd ~/test

　　其中,，test.c為實驗代碼，Makefile為編譯規(guī)則,，我們簡單編寫Makefile的內(nèi)容為：

　　testpc: test.c

　　gcc g Wall o testpc test.c

　　testem: test.c

　　armlinuxgcc g Wall o testem test.C

　　當執(zhí)行“make testpc”命令時,，就會生成可運行在PC機上的可執(zhí)行程序；執(zhí)行“make testem”則生成可運行在嵌入式目標板上的可執(zhí)行程序,。

　?、谛薷膙imgdb的快捷鍵映射腳本,，在VIM中實現(xiàn)PC調(diào)試器與交叉調(diào)試器的輕松切換,。

　　首先，針對vimgdb只能對字符串為“gdb”的系統(tǒng)命令進行調(diào)用,，做如下的工作：

　　mv /usr/bin/gdb /usr/bin/gdbpc

　　cd ~/buildtools/armlinux/bin

　　ln s /usr/bin/gdbpc gdb

　　由于已經(jīng)將~/buildtools/armlinux/bin添加到了系統(tǒng)路徑里面,，所以執(zhí)行完上述操作后，在任何時候,，運行“gdb”命令時,，真正運行的調(diào)試器取決于這里gdb所連接的調(diào)試器。

　　其次,，編輯文件/etc/vim/macros/gdb_mappings.vim,。主要修改和添加的部分為：

　　a. 添加調(diào)試器轉(zhuǎn)換函數(shù)，并設置轉(zhuǎn)換開關(guān)為大寫“E”鍵（Shift+E實現(xiàn)）：

　　let s:emOS_k = 1

　　nmap E :call emOS（）

　　function! s:emOS（）

　　if s:emOS_k

　　let s:emOS_k = 0

　　exec ":!ln sf ~/buildtools/armlinux/bin/armlinuxgdb ~/buildtools/armlinux/bin/gdb"

　　echohl ErrorMsg

　　echo "NOW! Gdb is ready for Embedded System !!!"

　　echohl None

　　else

　　let s:emOS_k = 1

　　exec ":!ln sf /usr/bin/gdbpc ~/buildtools/armlinux/bin/gdb"

　　echohl ErrorMsg

　　echo "Gdb is ready for PC,, Now"

　　echohl None

　　endif

　　Endfunction

　　b. 在語句if s:gdb_k行下添加代碼：

　　nmap :bel 25vsplit gdbvariables

　　nunmap E

　　即在進入調(diào)試狀態(tài)后,，屏蔽掉調(diào)試器轉(zhuǎn)換快捷鍵E,，并設置快捷鍵F8來顯示變量值監(jiān)測窗口。

　　c. 在let s:gdb_k = 1行下添加代碼：

　　exec ":!ln sf /usr/bin/gdbpc ~/buildtools/armlinux/bin/gdb"

　　nmap E :call emOS（）

　　即在退出調(diào)試狀態(tài)后,，還原gdb命令為gdbpc的調(diào)用,，并還原“E”的調(diào)試器轉(zhuǎn)換開關(guān)作用。

　　d. 在/etc/vim/vimrc中添寫語句：

　　run macros/gdb_mappings.vim

　　使得啟動vim后,，便會在vim中啟動對gdb進行調(diào)用的快捷鍵映射,。

　　至于在gdb_mappings.vim中具體設定的其他快捷鍵，由讀者自己分析或設定即可,。

　　2.5在VIM中對嵌入式軟件進行調(diào)試

　　下面設定目標板上的嵌入式軟件調(diào)試時所用的快捷鍵： E為調(diào)試器轉(zhuǎn)換開關(guān),；F9為進入調(diào)試模式；F8為開啟變量監(jiān)視窗口,；空格鍵為開啟命令行輸入窗口,；調(diào)試模式為PC通過超級終端對嵌入式目標板進行輸入輸出，Ubuntu8.10通過TCP/IP方式對嵌入式軟件進行調(diào)試,；PC機Linux IP為222.31.51.147,；目標板IP為222.31.51.180,；調(diào)試連接端口為1234。

　?、?用VIM打開~/test/test.c,，運行命令“：make testem”，將生成的testem文件拷貝到嵌入式平臺的文件系統(tǒng)下,，并在嵌入式平臺運行命令,，指定等待連接的交叉調(diào)試器地址、連接端口以及要調(diào)試的嵌入式程序：

　　gdbserver 222.31.51.147:1234 testem

　　嵌入式端會出現(xiàn)如下的類似提示信息,，進入等待連接狀態(tài)：

　　Process testem created; pid = 801

　　Listening on port 1234

　?、诎聪麓髮?ldquo;E”鍵（Shift+按鍵E），根據(jù)VIM窗口下方的提示信息,，確定所選調(diào)試器,。

　　提示信息為“NOW！ Gdb is ready for Embedded System!!!”或者“Gdb is ready for PC,, Now”,。

　?、郯聪翭9，在出現(xiàn)的命令窗口輸入命令“file testem”后,，會在VIM中的另一個窗口出現(xiàn)以下類似的調(diào)試信息：

　　GNU gdb 6.8

　　Copyright （C） 2008 Free Software Foundation, Inc.

　　……

　　This GDB was configured as "host=i686pclinuxgnu target=armlinux".

　?。╣db） file testem

　　Reading symbols from /home/popeye/test/testem…done.

　　（gdb）

　　可以發(fā)現(xiàn),，在VIM中已經(jīng)成功調(diào)用交叉調(diào)試器armlinuxgdb了,。以后的調(diào)試命令，都是通過先按下空格鍵,，調(diào)出命令窗口,，輸入命令，回車后傳遞給調(diào)試器,。

　　按下空格,，在命令窗口輸入命令，連接嵌入式目標板端：

　　target remote 222.31.51.180:1234

　　此時,，VIM中的調(diào)試信息窗口出現(xiàn)信息：

　?。╣db） target remote 222.31.51.180:1234

　　Remote debugging using 222.31.51.180:1234

　　[New Thread 801]

　　0x40000dd0 in ?? （） from /lib/ldlinux.so.2

　　（gdb）

　　而在嵌入式端出現(xiàn)提示信息：

　　ProcESS testem created; pid = 801

　　Listening on port 1234

　　Remote debugging from host 222.31.51.147

　　至此,，PC交叉調(diào)試器與嵌入式軟件的連接完成,，現(xiàn)在可以在VIM中對程序運行進行例如斷點一類的設置動作；而嵌入式軟件的輸入輸出,，需要在嵌入式端來完成,。這里先通過命令對代碼設置斷點，然后用命令continue繼續(xù)程序運行（注意,，這里不用run開始,，因為當調(diào)試器與嵌入式端連接完成時,，被調(diào)試的嵌入式軟件已經(jīng)開始運行），用命令next對程序?qū)崿F(xiàn)步進調(diào)試,。調(diào)試過程中的VIM如圖3所示,。

圖3正在進行交叉調(diào)試的VIM

　　圖中測試代碼要實現(xiàn)的是讓用戶輸入5個數(shù)，然后經(jīng)過排序后輸出,。對應的輸入輸出在嵌入式端體現(xiàn)出來,。對應圖3，此時在嵌入式端需要進行輸入動作：

　　Listening on port 1234

　　Remote debugging from host 222.31.51.147

　　Enter 10 numbers:

　　a[0]=25

　　a[1]=56

　　a[2]=……

　　從圖3中可以直觀地看清斷點設置在哪里,，程序現(xiàn)在步進到哪里,。當程序第一次運行到圖3中的17行時，按下F8鍵,，開啟變量值觀測窗口,，然后先后執(zhí)行3個命令“cr i”、“cr j”,、“cr a[i]”,，這樣,，就可以在變量觀測窗口實時地監(jiān)測變量的數(shù)值了,，如圖4所示。

圖4帶實時變量值監(jiān)測窗口的VIM

　　這種調(diào)試方式提供對gdb所有命令功能的支持,，而且當發(fā)現(xiàn)bug時,，可以通過q命令終止調(diào)試，然后按F9跳出調(diào)試模式,，就可以繼續(xù)對源代碼進行修改,。

　　至于在這之前的嵌入式軟件在本地PC機上的調(diào)試，其過程比起調(diào)試運行在嵌入式設備上的軟件來講,，只少了個遠程連接的過程,，其余調(diào)試過程都一樣。至此,，實現(xiàn)了在VIM中對嵌入式軟件的調(diào)試,。

　　3 結(jié)語

　　嵌入式Linux系統(tǒng)的廣泛應用，對嵌入式軟件開發(fā)和調(diào)試環(huán)境的效率提出了更高的要求,。GNU所提供的支持交叉編譯與調(diào)試的工具鏈是一個很好的選擇,，尤其是其中的gdb調(diào)試工具完全滿足嵌入式軟件“交叉編譯”的這種特殊需要；而且,，功能強大的VIM編輯器又可實現(xiàn)對gdb調(diào)試器的整合,，從而在VIM中實現(xiàn)了對嵌入式軟件的調(diào)試功能。