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Know-how
www.linux-magazin.de Embedded Debugging 09/2013
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Abbildung 3: Der JTAG-Debug-Server baut eine Brücke zwischen der JTAG-Schnittstelle und dem Debugger
auf dem Entwicklungssystem. Anschließend folgt der Entwickler dem bekannten Remote-Debugging-Schema.
JTAG kann der Entwickler die Software
ab der ersten ausgeführten Instruktion
beobachten, benötigt aber keine zusätzliche
Hardware (Abbildung 4).
Genauer gesagt benötigt er theoretisch
nicht einmal Zugriff auf ein physisches
Exemplar des Zielsystems. Da die Emulation
jedoch nicht hundertprozentig so
funktioniert wie die echte Hardware, lässt
sich eine spätere Ausführung auf einem
realen Gerät meist nicht umgehen. Dies
ist insbesondere dann der Fall, wenn man
das Zeitverhalten des Zielsystems untersuchen
möchte.
Eines für alle
Die meisten ARM-basierten SoC-Systeme
unterscheiden sich signifikant im Aufbau,
da ARM keine festen Vorgaben in Sachen
I/O-Geräte oder Speicherlayout macht.
Die Geräte des System-on-Chip lassen
sich etwa über verschiedene Speicheradressen
ansprechen, RAM, ROM und
Flashspeicher befinden sich an unterschiedlichen
Adressen. Bei der Portierung
liegen zwar meist Treiber für die Geräte
vor, da sie häufig bereits von anderen
SoCs bekannt sind, dennoch muss der
Entwickler die Systemsoftware an die andere
Speicherstruktur anpassen.
Für ARM-Systeme weist Qemu beim Entwickeln
von Systemsoftware noch weitere
Vorteile auf, die das Portieren von Linux
auf neue ARM-Plattformen erleichtern.
So lassen sich in Qemu mit geringem
Programmieraufwand beliebige Speicherlayouts
emulieren, sodass sich der
Programmierer von einer bestehenden
lauffähigen Plattform Schritt für Schritt
zur neuen Plattform bewegen kann. Die
Remote-Debugging-Technik hilft ihm
dabei, die Veränderungen komfortabel
zu verfolgen, was Portierungen massiv
beschleunigt.
Die Außenwelt
Abseits der Suche nach logischen Fehlern
im Programmablauf verstecken sich
im Embedded-Bereich auch Fehler in der
Ansteuerung externer Geräte, die häufig
an Standardschnittstellen wie RS232, I 2 C
oder SPI hängen. Um diese Signale zu
untersuchen, lassen sich so genannte Logic
Analyzer nutzen, welche die Signale
aufzeichnen und die übertragenen Daten
am Entwicklungsrechner anzeigen. Der
Funktionsumfang und die Genauigkeit
der Analyzer ist sehr unterschiedlich und
hängt vom Preis ab. Günstige Geräte wie
etwa den Bus Pirate [3] gibt es bereits für
rund 25 Euro.
Debuggen wie die Profis
tungen erweitern, die das Überwachen
und Beobachten vereinfachen.
Fazit
Obwohl es also auf den ersten Blick komplex
erscheint, bietet das Debugging von
eingebetteten Systemen insgesamt eine
Vielzahl von Lösungsansätzen, zwischen
denen der Entwickler, abhängig von Bedarf
und Zielplattform, auswählt.
Der im Gegensatz zu Standardsystemen
erhöhte Aufwand, den die Trennung von
Entwicklungs- und Zielsystem sowie die
stark eingeschränkten Ressourcen eingebetteter
Systeme verursachen, verbergen
die hier vorgestellten Ansätze meist vor
dem Entwickler. Der Arbeitsablauf unterscheidet
sich bei einer entsprechend
eingerichteten Entwicklungsumgebung
kaum vom Üblichen. (kki) n
Infos
[1] GDB: [http://www.gnu.org/software/gdb/]
[2] Security für ARM: [http://infocenter.arm.
com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.
prd29-genc-009492c/index.html]
[3] Wikipedia über den Bus-Piraten:
[http://en.wikipedia.org/wiki/Bus_Pirate]
Die Autoren
Anselm Busse ist wissenschaftlicher Mitarbeiter
und Doktorand am Fachgebiet Kommunikationsund
Betriebssysteme an der Technischen Universität
Berlin. Jan Richling ist dort Gastprofessor
für Betriebssysteme und eingebettete Systeme.
Ihr Forschungsschwerpunkt liegt unter anderem
in der Steigerung der Energieeffizienz von Many-
Core-Systemen.
Qemu
Ausführung
Im Profibereich, besonders beim Systemon-Chip-Design,
stehen dem Entwickler
noch weitere Werkzeuge zur Seite. So
zeichnen digitale Speicher-Oszilloskope
den
Zugriff auf externen
Speicher sowie andere
Signale mit einer sehr
hohen Genauigkeit
auf. Da die Entwickler
zudem Zugriff auf exakte
Beschreibungen
ARMder
Chips haben, lässt
Binary
*.c
sich das Ausführen
von Programmen vollständig
im Rechner
Cross-GDB
simulieren. Daneben
kann ein Entwickler
den Chip im Prototyp-
Stadium um Steuerlei-
GDB-
Interface
ARM-
Binary
*.c
Abbildung 4: Mit Qemu, das komplette Systeme emuliert, lassen sich auch
ARM-Systeme ähnlich wie mit JTAG debuggen.