集成環(huán)境設(shè)計的要點探析范文

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可重定目標的硬件設(shè)計

為了使硬件環(huán)境盡可能對GNUTools開發(fā)工具所支持的系列MCU通用，在設(shè)計時，采取核心板和擴展板的方式實現(xiàn)在硬件上盡可能的通用。把每種芯片的最小支撐電路單獨設(shè)計在一塊核心板上，把所有的模塊及I/O引腳引出來，以便把相應的模塊接口移到擴展板上，由于同一系列芯片的基本模塊的功能引腳數(shù)是相同的，只是引腳所處的位置不同而已，所以，每種MCU基本模塊完全可以移到擴展板上，在擴展板上設(shè)計這些模塊的支撐電路?？紤]到嵌入式產(chǎn)品需要高端軟件和低端軟件進行通信，通信接口有RS-232串口和USB口兩種。因而，設(shè)計編程器時，既保留了串行接口，也加上了USB接口，這樣就更進一步地提高了系統(tǒng)在硬件上的可重定性。

可重定目標的軟件設(shè)計

SdIDE在軟件上的可重定性設(shè)計思路體現(xiàn)在如下兩個方面。

（1）SdIDE模塊的可重定性設(shè)計

為了使該開發(fā)環(huán)境適用于多種MCU型號，在模塊設(shè)計和編譯器設(shè)計方面做了深入的研究，因為這兩方面是SdIDE具有可重定性的關(guān)鍵點。首先，在模塊設(shè)計方面分為與MCU有關(guān)的部分(相關(guān)模塊)和與MCU無關(guān)的部分(獨立模塊)，獨立模塊主要包括編輯、編譯出錯處理、makefile文件編寫，工程管理、函數(shù)及全局變量列表，界面設(shè)計等；相關(guān)模塊主要包括程序下載模塊，這些模塊也可以通過軟件的方法使其對某一系列MCU通用。

（2）編程器的可重定性設(shè)計

編程器主要是實現(xiàn)程序下載功能，編程器的通用一般只針對某一系列或某一芯片而言的，不可能做到完全通用。例如對FreescaleHCS12系列芯片，都有BKGD引腳，因而可以用BDM方式下載；C*CORE和M*CORE系列芯片由串口通過監(jiān)控的方式下載；ARM和COLDFIRE系列芯片通過JTAG下載。下面以FreescaleHCS12系列芯片的程序下載模塊設(shè)計為例，來說明編程器的可重定性設(shè)計。

編程器可重定性設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)在于如何處理HCS12系列MCU的Flash參數(shù)。要對不同芯片的Flash參數(shù)進行深入理解、比較和總結(jié)之后，才能對程序下載模塊進行設(shè)計。找出這些芯片有差異的Flash參數(shù)后，將其放在數(shù)據(jù)庫中，以便下載程序時，從該數(shù)據(jù)庫中讀取相關(guān)參數(shù)。設(shè)計好參數(shù)數(shù)據(jù)庫之后，PC方下載界面可以根據(jù)所選擇的芯片型號從配置文件和數(shù)據(jù)庫中獲取相應芯片的擦寫操作所需的參數(shù)值。表1給出了HCS12系列MCU中的幾款芯片的參數(shù)，這些參數(shù)針對不同的MCU，其值可能不同。

用戶數(shù)據(jù)起始地址：將一頁用戶數(shù)據(jù)寫入相應空白芯片之前，要先將這一頁數(shù)據(jù)通過BDM頭寫入到RAM區(qū)，然后運行寫入程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)從RAM區(qū)寫入到ROM區(qū)。但由于不同芯片的RAM區(qū)大小和起始地址有可能不同，把一頁用戶數(shù)據(jù)寫入到RAM區(qū)時，其起始地址也會有所不同，所以將其設(shè)置為可變參數(shù)，使用時，從數(shù)據(jù)庫中讀取。

標志位首地址：該參數(shù)是RAM區(qū)的一個地址，用于存放擦寫成功或出錯的標志信息，占兩個字節(jié)。每寫完一頁面用戶數(shù)據(jù)之后，PC方可從該地址處讀出一個字的內(nèi)容，判斷Flash寫入操作是否成功，只有成功后，才寫下一頁用戶數(shù)據(jù)。

寫入文件路徑和擦除文件路徑：由于每個芯片的Flash參數(shù)和空間不盡相同，因而每種芯片的擦除和寫入子程序也會有差異，因而，PC方要根據(jù)當前所選的MCU型號以及當前是擦除還是寫入操作來決定調(diào)用哪個MCU的寫入程序代碼文件(*Write.s19)或擦除程序代碼文件(*Erase.s19)，以實現(xiàn)寫入或擦除操作。

SdIDE軟件架構(gòu)的可重定性設(shè)計

本文設(shè)計的可重定目標集成開發(fā)環(huán)境SdIDE包含工程管理、編輯、編譯、鏈接、程序下載等功能，啟動的主界面如圖1所示。為了使SdIDE的軟件架構(gòu)具有可重定目標的特性，因而在功能模塊上將其劃分為公共模塊和相關(guān)模塊。下面簡要闡述這些模塊的功能及其軟件架構(gòu)的設(shè)計思想。

1SdIDE獨立模塊

SdIDE獨立模塊是指與編譯器和目標MCU無關(guān)的模塊，主要是完成工程管理與編輯功能。

（1）編輯模塊

該模塊可以實現(xiàn)對源文件編輯，使用MFC界面庫進行二次開發(fā)，支持剪切、復制、所有工程中查找、替換等常用功能，同時作者也在該環(huán)境中實現(xiàn)了完全支持中文和語法高亮顯示(SyntaxHighlight)功能，此部分主要的技術(shù)難點在于語法高亮顯示和解決半個漢字問題。使用MFC的RichEdit控件可以解決半個漢字此問題，但無法解決語法高亮功能，因而，筆者在RichEdit的基礎(chǔ)上重新編寫了語法高亮類，在實際測試中效果較好。

（2）工程模塊

在SdIDE集成開發(fā)環(huán)境中，文件的組織和調(diào)用都以工程的方式來進行操作。工程是一個非常重要的概念，它是用戶組織一個應用的所有源文件、設(shè)置編譯鏈接選項、生成調(diào)試信息文件和最終的目標文件的一個基本結(jié)構(gòu)。提供對源文件、庫文件及其他輸入文件的管理，并含有編譯與鏈接等設(shè)置。

2SdIDE的相關(guān)模塊

SdIDE相關(guān)模塊是指與編譯器和目標MCU相關(guān)的模塊，完成編譯、鏈接、程序下載等功能。為了滿足可移植性，采用數(shù)據(jù)偶合的方式設(shè)計。

（1）交叉編譯模塊

包括C/C++編譯器、匯編器、鏈接器、目標文件格式轉(zhuǎn)換工具等。編譯模塊可根據(jù)選用的MCU型號調(diào)用GNU移植過來的m68hc11、m68k、arm、mcore或ccore等編譯器，源文件編譯成功后，在相應的工程目錄下生成標準的MotorolaS-record文件或Bin文件等；鏈接器根據(jù)鏈接定位信息，將可重定位的目標模塊鏈接成一個單一的、絕對定位的目標程序，鏈接后的目標程序中包含可裁剪的調(diào)試信息。

（2）程序下載模塊

程序下載模塊包括PC方模塊和MCU方模塊。PC方模塊主要是負責獲取MCU的環(huán)境變量及公用參數(shù)，分析重組S格式文件，最后通過調(diào)用TBDML動態(tài)鏈接庫函數(shù)把擦寫程序和用戶程序?qū)懭隦AM區(qū)，然后再運行存放于RAM區(qū)的擦除和寫入程序?qū)崿F(xiàn)程序下載操作。MCU方模塊主要是編寫不同微處理器的Flash的擦除和寫入程序，存放在工程模板目錄中，供PC方下載數(shù)據(jù)時調(diào)用。

SdIDE編譯模塊的可重定性設(shè)計

SdIDE開發(fā)環(huán)境使用的是由GNU移植的GCC編譯器，GCC是由美國自由軟件基金（FSF）開發(fā)和維護的軟件，它是一個跨環(huán)境的C語言編譯器。GCC所支持的所有編譯器目錄都放在SdIDE開發(fā)環(huán)境的安裝目錄下，SdIDE根據(jù)所選定的MCU型號，決定調(diào)用相應的編譯器工具集。

1更換編譯器的設(shè)計

如何編寫較通用的makefile腳本文件是實現(xiàn)SdIDE可重定目標特性的關(guān)鍵點。makefile是編程人員和make之間的接口，本設(shè)計中各模塊的依賴關(guān)系主要體現(xiàn)在編寫的makefile文件中，makefile文件中的代碼內(nèi)容設(shè)計成宏定義區(qū)和基于依賴關(guān)系的指令區(qū)兩大部分。前者主要是定義一些全局變量，可以在makefile的任何地方被引用。為了增加可移植性，與編譯器有關(guān)的路徑和編譯器名都用一個全局變量來定義，這樣，在更換編譯器時，只需要把GCC支持的編譯器目錄全部放在開發(fā)環(huán)境的安裝目錄下，以便程序調(diào)用,同時把當前所需的編譯器名賦給全局變量CompilerName，makefile腳本文件中的編譯器名就可用宏$(Compiler-Name)來編寫。

2更換編譯參數(shù)的設(shè)計

若編譯命令需要定義一組編譯參數(shù)，且這組編譯參數(shù)會被多個規(guī)則(或編譯器命令)引用，那么可把這組參數(shù)賦值給一個變量，把這個變量放在所有引用它的地方。當需要改變參數(shù)時，只需要在變量賦值的地方改變一下就可以了。變量可在makefile文件的宏定義區(qū)定義。

編程器的可重定性設(shè)計

編程器主要是完成系列MCU的程序下載功能，編程器的可重定性體現(xiàn)在根據(jù)所選的MCU型號不同，決定調(diào)用不同的程序下載模塊。例如對AT91RM9200T和MCF5271微控制器進行程序下載，則使用JTAG頭，因而要調(diào)用JTAG下載模塊。下面以FreescaleHCS12系列微控制器的下載為例，來闡述BDM方式下載，該方式對HCS12系列MCU都是可行的，它們都有BKGD引腳，支持BDM下載。

1編程器PC方軟件設(shè)計

編程器的PC方軟件功能包括S19文件分析模塊和Flash存儲器的擦除和寫入模塊。但采用BDM頭下載時還要包括TBDML通信模塊，該模塊負責通過USB接口將PC方的S-record機器碼寫入到空白的Flash存儲器的指定區(qū)域。S19文件分析模塊則負責對S-Record標準的S19文件進行分析，將文件的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成方便傳輸?shù)母袷?，以及判斷文件中的程序的起始地址、頁?shù)、是否越界等。下載程序先將Flash擦寫程序數(shù)據(jù)和用戶程序數(shù)據(jù)寫入到RAM的指定區(qū)域，當一頁的用戶程序數(shù)據(jù)寫入到事先分配的RAM區(qū)后，則可通過調(diào)用tbdml動態(tài)鏈接庫函數(shù)來實現(xiàn)擦除和寫入操作。BDM頭下載程序的工作流程如圖2所示。

2編程器MCU方軟件設(shè)計

編程器的MCU方的軟件功能主要包括Flash的擦除和寫入程序。由于在Flash的擦除和寫入過程中，F(xiàn)lash是不能讀的，故擦除和寫入Flash的程序要放在RAM中，擦除操作時，首先初始化相應Flash寄存器，然后調(diào)用整體擦除子程序開始對Flash進行整體擦除。寫入操作時，首先初始化相應Flash寄存器，然后讀取RAM區(qū)相應地址處的一頁用戶數(shù)據(jù)包，即分別讀出PPAGE寄存器的分頁值、起始地址、一次寫入的數(shù)據(jù)字個數(shù)，最后調(diào)用塊寫入子程序開始寫入數(shù)據(jù)。Flash擦除/寫入子程序流程圖如圖3所示。

結(jié)語

一套方便、穩(wěn)定、適用范圍較廣的嵌入式集成開發(fā)環(huán)境肯定要有較好的可擴充性和可移植性，因而研制可重定目標IDE的難點在于軟件架構(gòu)的可重定性設(shè)計。經(jīng)過兩年的努力，本文在SdIDE的結(jié)構(gòu)設(shè)計上運用“調(diào)用/返回、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)倉庫”等設(shè)計風格，初步實現(xiàn)了IDE的可重定性和通用性，目前SdIDE已投入到教學和實驗中進行測試，結(jié)果表明該系統(tǒng)運行較穩(wěn)定，且擴展性較好。但是，完善、升級以及對新出品芯片的適應還需進一步去擴充，系統(tǒng)的功能和穩(wěn)定性還有待去加強。嵌入式集成開發(fā)環(huán)境的開發(fā)在我國還基本處于一個剛起步的階段，道路還很漫長，但意義重大。

作者：朱越奇聶章龍單位：常州信息職業(yè)技術(shù)學院