朱艷　林廣棟

摘要：該文提出了一種面向多核數(shù)字信號處理器的集成開發(fā)環(huán)境軟件。該開發(fā)環(huán)境基于Eclipse的開源代碼基礎(chǔ)，開發(fā)相應(yīng)插件，集成多核DSP的匯編工具鏈、C編譯器及調(diào)試工具。針對多核DSP的多核并行特性，對Eclipse的CDT/DSF框架進行了改造和擴展，以支持多核調(diào)試。為面向多核DSP應(yīng)用的開發(fā)人員提供了一個集成編譯、工程管理、調(diào)試管理的可視化開發(fā)環(huán)境，提高開發(fā)的速度和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：集成開發(fā)環(huán)境；多核；Eclipse；DSP

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）10-0099-03

DSP是一種用于處理數(shù)字信號處理的專用處理器。在電子技術(shù)各個領(lǐng)域，例如雷達、聲納、語音通信、數(shù)字通信等，正廣泛使用DSP處理器搭建的系統(tǒng)處理日益龐大的數(shù)字信息。

為了解決計算能力需求與功耗增加之間的日益突出的矛盾，近幾年DSP的設(shè)計正在向增加處理核數(shù)量的方向發(fā)展[1]， 多核DSP以較低的功耗提供了更強的計算處理能力。但是多核DSP的并行特性也給DSP的開發(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，還需要新的支撐工具環(huán)境支持多核并行編程和調(diào)試。

Eclipse及C/C++ Toolkit（CDT）是目前在嵌入式領(lǐng)域廣泛使用的集成開發(fā)環(huán)境，集成了編譯、工程管理、代碼分析索引、源碼調(diào)試等多種開發(fā)功能。Eclipse和CDT還是可擴展的，為開發(fā)者提供了豐富的接口，在Eclipse平臺上嵌入新的組件，并能與平臺無縫集成。

本文提出一個面向多核DSP的集成開發(fā)環(huán)境，集成了多核DSP的匯編工具鏈、C編譯器及調(diào)試工具。為面向多核DSP應(yīng)用的開發(fā)人員提供了一個集成編譯、工程管理、調(diào)試管理的可視化開發(fā)環(huán)境，提高開發(fā)的速度和質(zhì)量。

1 概述

多核DSP的集成開發(fā)環(huán)境的架構(gòu)如圖1所示。集成開發(fā)環(huán)境基于Eclipse和C/C++ Development Tool（CDT）構(gòu)建。Eclipse是一個開放源代碼的、基于Java的可擴展開發(fā)平臺。開發(fā)者能夠?qū)㈤_發(fā)套件、圖形功能以及任何必須的功能通過統(tǒng)一的插件接口集成到同一個開發(fā)環(huán)境中。CDT是Eclipse社區(qū)的一個子項目，致力于開發(fā)在Eclipse環(huán)境下C/C++語言開發(fā)環(huán)境的插件，該插件提供了C/C++開發(fā)需要的工程管理、編譯管理、調(diào)試管理等功能框架。

多核DSP集成開發(fā)環(huán)境在Eclipse和CDT的基礎(chǔ)上，開發(fā)匯編插件、C編譯插件和調(diào)試插件，分別用于集成多核DSP的匯編工具鏈、C編譯器和調(diào)試工具。工程管理插件用于管理工作空間中的多核DSP工程，提供新建工程、工程屬性配置、工程模板生成等。

圖1 多核DSP的集成開發(fā)環(huán)境的架構(gòu)圖

在多核DSP集成開發(fā)環(huán)境中，用戶能夠新建面向多核DSP的匯編語言工程或C語言工程，環(huán)境在編譯工程時能夠自動選擇匯編工具鏈或C編譯器進行編譯。代碼編譯成.out可執(zhí)行文件后，用戶可以進行源代碼調(diào)試，環(huán)境支持針對一個核的調(diào)試，也支持對多個核的同步調(diào)試。用戶可以執(zhí)行在指定單核上的單步、運行、暫停等調(diào)試命令，也可以對指定的DSP核組合同步執(zhí)行這些調(diào)試命令。用戶也可以設(shè)置斷點、觀察點，查看和修改寄存器、內(nèi)存、變量等調(diào)試數(shù)據(jù)，進行反匯編等調(diào)試操作。集成開發(fā)環(huán)境提供內(nèi)存繪圖的功能，使用戶能夠已曲線圖來查看內(nèi)存數(shù)據(jù)。

多核DSP集成開發(fā)環(huán)境的用戶界面如圖2。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 匯編工具鏈及C編譯器的集成

為了集成第三方匯編工具鏈和編譯器，CDT提供了受管構(gòu)建系統(tǒng)（Managed Build System， MBS），使用戶能夠在Eclipse標(biāo)準(zhǔn)用戶接口中創(chuàng)建、移除、重構(gòu)自定義工程，并且提供一個工程屬性頁面使用戶能夠配置各種編譯選項。

MBS提供了org.eclipse.cdt.managebuilder.core.buildDefinitions擴展點，定義包括工程類型projectType、配置configuration、工具鏈toolchain、構(gòu)建器builder、工具tool、工具選項類型category、工具選項option、輸入輸出類型inputType、outputType等DOM元素，用于定義構(gòu)建工程所需要的各個方面。用戶只需要配置plugin.xml插件腳本文件擴展該擴展點，就可以集成第三方工具鏈，并且能夠指定相應(yīng)的構(gòu)建工具、構(gòu)建順序、編譯選項、輸入輸出文件類型等信息。MBS能夠自動根據(jù)用戶的配置生成正確的創(chuàng)建文件makefile，并調(diào)用外部構(gòu)建工具（默認(rèn)的是GNU的make）完成工程編譯工作。

多核DSP集成開發(fā)環(huán)境基于MBS集成了多核DSP的匯編工具鏈和C編譯器occ[2]。系統(tǒng)擴展了org.eclipse.cdt.managebuilder.core.buildDefinitions擴展點，定義了兩個projectType元素，分別對應(yīng)匯編工程和C語言工程，在兩個元素下分別定義匯編和C語言兩個工具鏈，并為每個工具定義輸入輸出文件類型和工具選項。

2.2 工程管理設(shè)計

為了提升工程管理功能的用戶體驗，系統(tǒng)沒有使用MBS默認(rèn)的org.eclipse.cdt.managedbuilder.ui.newWizardPages擴展點，而是使用了Eclipse原始的org.eclipse.ui.newWizards擴展點，來定義在新建工程時所顯示的配置頁面。多核DSP集成開發(fā)環(huán)境的新建工程配置頁面允許用戶指定工程名稱、工程路徑、目標(biāo)DSP芯片類型、開發(fā)語言（匯編語言或C語言）、是否需要嵌入式操作系統(tǒng)支持等工程選項。工程生成時集成開發(fā)環(huán)境會根據(jù)用戶的配置來選擇合適的工程類型projectType，并且根據(jù)用戶的選擇來配置相應(yīng)的工具選項。

DSP工程由源文件和鏈接描述文件等文件構(gòu)成，為了給用戶提供一個可用的工程模板，系統(tǒng)擴展了org.eclipse.cdt.core.templates和org.eclipse.cdt.core.templateAssociations擴展點，為匯編工程和C語言工程分別定義了工程模板，并把工程模板與MBS中定義的工程類型projectType聯(lián)系起來。這樣，用戶在新建工程時系統(tǒng)能夠自動在硬盤上生成源文件和鏈接描述文件模板。

2.3 多核調(diào)試

多核DSP的調(diào)試管理是基于調(diào)試服務(wù)框架（Debugger Services Framework， DSF） [3]設(shè)計的。DSF是Eclipse提供的一個新的應(yīng)用程序接口，用于在Eclipse中集成外部調(diào)試器，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試接口CDI。DSF不僅能夠幫助開發(fā)者更加彈性靈活的配置調(diào)試界面，使用DSF還能夠達到更高的調(diào)試性能，特別適合速度較慢或遠(yuǎn)程調(diào)試的目標(biāo)機。

DSF是面向服務(wù)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，支持軟件的模塊化、即插即用的動態(tài)服務(wù)及可擴展性。調(diào)試相關(guān)的各種功能以服務(wù)的形式嵌入集成開發(fā)環(huán)境，包括調(diào)試后臺服務(wù)、運行控制服務(wù)、斷點管理服務(wù)、寄存器管理服務(wù)等，各個服務(wù)通過DSF的接口注冊到服務(wù)注冊表，并由調(diào)試會話類DsfSession統(tǒng)一管理同一個調(diào)試會話中的所有服務(wù)及服務(wù)之間的通信。

多核DSP集成開發(fā)環(huán)境的調(diào)試功能設(shè)計架構(gòu)如圖3所示。多核DSP集成開發(fā)環(huán)境集成了多核DSP主機調(diào)試器MCCD [4]，實現(xiàn)具體的調(diào)試功能。調(diào)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(diào)試命令與調(diào)試返回信息，該調(diào)試信息遵循MI接口格式，但針對多核DSP的特點擴展了調(diào)試命令及信息。當(dāng)使用軟件模擬器（Simulator）調(diào)試時，主機調(diào)試器通過socket與模擬器之間進行通信，當(dāng)調(diào)試目標(biāo)是硬件電路板時，主機調(diào)試器通過以太網(wǎng)接口與調(diào)試鏈接服務(wù)軟件交換調(diào)試報文，調(diào)試鏈接服務(wù)軟件通過JTAG控制多核DSP芯片進行調(diào)試工作。

MI接口原本是GDB的一種用戶接口，稱為機器解釋（Machine Interpretation） 。是一種基于文本行的、面向機器的文本接口，尤其適用于當(dāng)調(diào)試器作為一個較大系統(tǒng)一部分而存在的場景。多核DSP集成開發(fā)環(huán)境對MI接口進行了擴展，使MI接口支持針對每個核的單獨控制和調(diào)試數(shù)據(jù)讀取。同時增加了包括同步運行、同步暫停、同步暫停等多核調(diào)試運行控制命令。

在多核DSP集成開發(fā)環(huán)境中，用戶可以為每個核配置相應(yīng)的可執(zhí)行加載文件并啟動調(diào)試。調(diào)試視圖中會顯示每個核的運行狀況及堆棧信息。當(dāng)用戶在調(diào)試視圖中選擇任意核或其下面的條目時，由于調(diào)試視圖為整個調(diào)試透視圖提供調(diào)試上下文，寄存器視圖、變量視圖、反匯編視圖也會根據(jù)當(dāng)前上下文反映當(dāng)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(jù)選中的上下文對當(dāng)前選中核進行控制操作。根據(jù)多核DSP的特點，調(diào)試環(huán)境提供了組運行、組暫停等同步調(diào)試功能，并提供核心組的配置及選擇的功能。

2.4 內(nèi)存繪圖功能

DSP是針對數(shù)字信號處理所專門設(shè)計的處理器，用戶經(jīng)常需要通過波形查看輸入和輸出數(shù)據(jù)，以了解數(shù)據(jù)的特性。為此，多核DSP集成開發(fā)環(huán)境設(shè)計了內(nèi)存繪圖的功能，用戶能夠指定內(nèi)存起始地址、內(nèi)存長度、內(nèi)存間隔、數(shù)據(jù)格式，開發(fā)環(huán)境讀取這些數(shù)據(jù)，并繪制曲線圖，如圖4所示。

3 結(jié)束語

本文提出了一種面向多核高性能數(shù)字信號處理器的集成開發(fā)環(huán)境軟件。為多核DSP的開發(fā)應(yīng)用者提供了一個集成編譯、工程管理、調(diào)試管理的可視化開發(fā)環(huán)境。為用戶提供了一個界面友好、功能完備的軟件開發(fā)環(huán)境，支持工程管理和編譯，支持單核調(diào)試和多核調(diào)試，實現(xiàn)了多核同步運行控制、針對每個核的調(diào)試數(shù)據(jù)查看等調(diào)試功能。下一步的工作是在面向多核實時操作系統(tǒng)的多任務(wù)系統(tǒng)級調(diào)試研究。

參考文獻：

[1] Karam L J， Alkamal I. Trends in multicore DSP platforms[J]. IEEE Signal Processing Magazine， 2009， 26（6）： 38-49.

[2] 王昊， 王向前. BWDSP SIMD WHIRL中間表示生成研究[J]. 中國集成電路， 2015（3）： 30-35.

[3] Introduction to Programming with DSF[EB/OL]. http：//help.eclipse.org/indigo/topic/org.eclipse.cdt.doc.

[4] 林廣棟， 黃光紅. 一種統(tǒng)一的調(diào)試信息管理方法[J]. 中國集成電路， 2014（11）： 33-37.