朱艷，林廣棟，黃光紅

(中國電子科技集團第38研究所，合肥 230088)

Eclipse開源代碼的多核DSP調試系統(tǒng)集成

朱艷，林廣棟，黃光紅

(中國電子科技集團第38研究所，合肥 230088)

提出了一種集成多核DSP調試系統(tǒng)的應用軟件開發(fā)環(huán)境。該開發(fā)環(huán)境基于Eclipse的開源代碼，針對多核DSP的多核并行特性，對CDT/DSF框架進行了改造和擴展，為面向多核DSP應用的開發(fā)人員提供了一個可靠、快速、兼容單核及多核模式的軟件開發(fā)環(huán)境，提高了多核并行開發(fā)的速度和質量。

DSP；Eclipse；多核調試

引 言

DSP是一種用于數字信號處理的專用處理器。在電子技術很多領域，例如雷達、聲納、語音通信、數字通信等，正廣泛使用DSP處理器搭建的系統(tǒng)來處理日益龐大的數字信息。為了解決計算能力需求與功耗增加之間的矛盾，DSP的設計正在向多核、高性能方向發(fā)展[1]。 多核DSP以較低的功耗提供了更強的計算處理能力，同時能夠簡化硬件電路板的設計復雜度。

多核DSP的應用給開發(fā)者帶來了新的挑戰(zhàn)，不僅需要新的編程模型和代碼框架，還需要新的工具環(huán)境支持多核DSP并行編程和調試。

Eclipse及C/C++ Toolkit(CDT)是目前在嵌入式領域廣泛使用的集成開發(fā)環(huán)境[2]，集成了編譯、工程管理、代碼分析索引、源碼調試等多種開發(fā)功能。調試服務框架(Debugging Service Framework，DSF)重構了CDT中的調試功能實現(xiàn)，為嵌入式應用的調試提供了更加快速靈活的界面。CDT/DSF利用MI文本接口，采用一問一答的方式與調試器進行進程間通信，但是MI接口不支持多核，開源的DSF代碼并不支持多核調試。為了實現(xiàn)支持多核調試環(huán)境，不僅需要重新設計MI接口，而且要對DSF框架進行擴展。調試后端，需要一個支持多核調試的調試器。

本文提出一個面向多核DSP的調試開發(fā)環(huán)境，集成了多核調試工具MCCD[3]，擴展Eclipse的C語言開發(fā)插件CDT，并針對多核調試的需求增加了相應功能。

1 概 述

圖1 多核DSP調試環(huán)境的架構圖

多核DSP調試環(huán)境的架構如圖1所示,多核DSP調試環(huán)境集成了多核DSP主機調試器MCCD，實現(xiàn)具體的調試功能。調試環(huán)境與MCCD之間通過文本格式的進程間通信管道傳輸調試命令與調試返回信息，該調試信息遵循MI接口格式，但針對多核DSP的特點擴展了調試命令及信息。當使用軟件模擬器(Simulator)調試時，主機調試器通過socket與模擬器之間進行通信，當調試目標是硬件電路板時，主機調試器通過以太網接口與調試鏈接服務軟件交換調試報文，調試鏈接服務軟件通過JTAG控制多核DSP芯片進行調試工作。

在多核DSP調試環(huán)境中，用戶可以為每個核配置相應的可執(zhí)行加載文件并啟動調試,調試視圖中會顯示每個核的運行狀況及堆棧信息。當用戶在調試視圖中選擇任意核或其下面的條目時，由于調試視圖為整個調試透視圖提供調試上下文，寄存器視圖、變量視圖、反匯編視圖就會根據當前上下文反映當前選中核的信息；運行、暫停、單步跳入/跳出/跳過按鈕也會根據選中的上下文對當前選中核進行控制操作。根據多核DSP的特點，調試環(huán)境提供了組運行、組暫停等同步調試功能，并提供核心組的配置及選擇功能。

多核DSP調試環(huán)境的用戶界面如圖2所示。

圖2 多核DSP調試環(huán)境的用戶界面

2 系統(tǒng)設計

2.1 MI接口擴展

MI接口原本是GDB的一種用戶接口，稱為機器解釋(Machine Interpretation，MI)[4]，是一種基于文本行、面向機器的文本接口，尤其適用于調試器作為一個較大系統(tǒng)的一部分而存在的應用。Eclipse社區(qū)目前提供的C語言開發(fā)環(huán)境就是使用MI接口集成GDB，由于GDB支持目標機的多樣性，該開發(fā)環(huán)境已廣泛使用于多種嵌入式開發(fā)項目中，包括Intel、ARM、PowerPC等目標環(huán)境。

MI命令的基本格式如下：

[token] "-" operation (" " option)* [ "- -"] (" " parameter)*

其中，token為命令序號，必須是一個整數，當一個調試命令運行結束后，返回的信息中也有這個數字；operation是調試命令；option是調試命令選項，有些調試命令可能存在一些可選開關，這些開關必須由“-”(橫線)開始；parameter是調試命令的參數。option序列與parameter序列之間必須由雙橫線“- -”隔開。

MI的輸出信息格式如下：

[token] "^" result-class ("," result)* nl

其中，token為相應命令輸入時指定的整數；result-class包括done、running、connected、error、exit等，必須以"^"開頭；result以Variable =value的格式顯示結果，Variable 為變量名，value為變量值，分為const、tuple、list三種格式，其中const為一個C字符串,tuple為大括號括起來的result集合，相當于一個結構體；list為中括號括起來的value或者result集合，相當于一個數組。

多核DSP調試集成了自主研發(fā)的多核DSP調試軟件MCCD，沿用MI接口的命令和信息格式，并針對多核DSP的特性對MI接口進行了擴展。對大部分MI接口，在命令中增加-c選項，指定調試操作的對象核，并在返回信息中返回相應的核號。

例如，GDB/MI中的繼續(xù)運行命令為：

[token]-exec-continue

返回信息為:

[token]^running

本系統(tǒng)中對核0發(fā)出的繼續(xù)運行命令為：

[token]-exec-continue -c 0

返回信息為:

[token]^running, core="0"

當核0遇到特定事件(如斷點觸發(fā))發(fā)生狀態(tài)改變時，MCCD向集成開發(fā)環(huán)境返回:

[token]*stopped,reason="breakpoint-hit",core="0",bkptno="2",thread-id="1",frame={addr="0x00401331",func="main",args=[],file="main.c",fullname="C:/main.c",line="7"}

指示核0因斷點觸發(fā)而停止運行，并顯示觸發(fā)斷點的序號及核0當前的棧頂信息。同時，為了實現(xiàn)多核同步控制運行的功能，本系統(tǒng)為多核同步調試運行增加了以下兩個命令：

-multicore-run：多核同步運行

-multicore-pause：多核同步暫停

2.2 DSF架構的擴展

調試服務框架(Debugger Services Framework,DSF)[5]是Eclipse提供的一個新的應用程序接口，用于在Eclipse中集成外部調試器，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的標準調試接口CDI。DSF不僅能夠幫助開發(fā)者更加靈活地配置調試界面，還能夠達到更高的調試性能，特別適合速度較慢或遠程調試的目標機。

DSF是面向服務的框架，基于OSGi(Open Service Gateway Initiative)規(guī)范。OSGi是一個基于Java的軟件平臺，支持模塊化、即插即用的動態(tài)服務及可擴展性[6]，Eclipse的運行框架Equinox就是OSGi的一種實現(xiàn)。調試相關的各種功能以服務的形式嵌入集成開發(fā)環(huán)境，包括調試后臺服務、運行控制服務、斷點管理服務、寄存器管理服務等，各個服務通過DSF接口注冊到服務注冊表，并由調試會話類DsfSession統(tǒng)一管理同一個調試會話中的所有服務及服務之間的通信。

DSF調試框架中的數據模型由IDMContext對象的層次結構構成。IDMContext是有層次結構的數據模型結構，每個IDMContext節(jié)點可以有多個父節(jié)點，具有可適配、輕量級、線程安全的特點。每個節(jié)點都可以通過getParents()方法得到所有的父節(jié)點，工具類IDMContext提供很多靜態(tài)方法為IDMContext節(jié)點在樹形結構中搜索。

C語言調試的IDMContext數據模型層次結構如圖3所示。圖中所有的節(jié)點繼承IDMContext接口，每根連線的上級為父節(jié)點，下級為子節(jié)點。例如，變量上下文IVariableDMContext的父節(jié)點是棧幀上下文IFrameDMContext，而IFrameDMContext的父節(jié)點是執(zhí)行線程上下文IExecutionDMContext，IExecutionDMContext的父節(jié)點是調試目標節(jié)點IContainerDMContext，IContainerDMContext的父節(jié)點是調試過程上下文IProcessDMContext，IProcessDMContext的父節(jié)點是命令控制上下文ICommandControlDMContext。這樣，由變量上下文向上追溯，就可以確定該變量位于哪個調試目標的哪個線程的哪個棧幀，并且可以知道需要在哪個調試會話中查詢。

圖3 IDMContext數據模型層次結構

很明顯，要在這種層次結構中帶入核號信息，最合適的地方就是調試目標節(jié)點IContainerDMContext，因為所有調試相關數據的上下文都可以追溯到它，而它上部的節(jié)點都是與調試器進程相關的。本系統(tǒng)僅使用一個調試器進程實例調試所有的核心，因此ICommandControlDMContext和IProcessDMContext都只有一個實例。

本系統(tǒng)擴展了IContainerDMContext接口，構造IECSContainerDMContext接口，加上了如下方法：

public String getCoreId();

該接口的實現(xiàn)只需要返回核號即可。圖3中IContainerDMContext以下的節(jié)點全部以IECSContainerDMContext為父節(jié)點，這樣就可以確定每個調試上下文具體在哪個核。

例如，要在某個指定核上對某變量上下文IVariableDMContext求值，只需要調用：

IECSContainerDMContext containerdmc = DMContexts.getAncestorOfType(context, IECSContainerDMContext.class);String coreId = containerdmc.getCoreId();

即可以得到核號。把這個核號用-c選項帶入MI命令，就可以正確地在指定核上求變量的值。

2.3 多核運行控制功能

多核運行控制主要包括對多核運行組配置的保存及針對指定組發(fā)送-multicore-run及-multicore-pause命令，還負責單核與單核調試模式的切換、調試對象核心組的選擇。

本系統(tǒng)注冊了一個新的DSF服務：多核運行控制服務IECSMultiRunControl。該服務主要提供以下功能接口：

① 多核調試模式是否被啟動;

② 選擇當前多核調試組;

③ 增加多核調試組配置，包括組名、組中所有的核號序列;

④ 判斷能否運行當前多核組;

⑤ 判斷能否暫停當前多核組;

⑥ 運行當前多核調試組中所有的核;

⑦ 暫停當前多核調試組中所有的核。

同時，構造調試運行控制服務MIRunControl的子類ECSRunControl，覆蓋了以下方法：

resume(IExecutionDMCon-

text,RequestMonitor)；

canResume(IExecutionDMContext,DataRequestMonitor)；

canSuspend(IExecutionDMContext,DataRequestMonitor)；

suspend(IExecutionDMContext,RequestMonitor)；

Integration of Multi-core DSP Debugging System Based on Eclipse

Zhu Yan,Lin Guangdong,Huang Guanghong

(CETC No.38 Research Institute,Hefei 230088,China)

An application software development environment integrated multi-core DSP debug system is proposed in the paper.The environment is designed based on open source Eclipse,and modifies and extends CDT/DSF framework aiming at the parallel characteristic of multi-core.The software provides a stable,speedy development environment which supports both single-core and multi-core debugging,and helps the developers improve their efficiency and quality in the development process.

DSP;Eclipse;multi-core debugging

TP314

A