國(guó)產(chǎn)嵌入式軟件系統(tǒng)仿真平臺(tái)

國(guó)產(chǎn)嵌入式軟件系統(tǒng)仿真平臺(tái)SkyEye   Simics軟件  VTest軟件

1．SkyEye的起源和發(fā)展

2002年11月，一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，一群操作系統(tǒng)的愛(ài)好者在網(wǎng)上進(jìn)行聊天，成立了一個(gè)TM－Linux興趣小組，希望要做一些感興趣的事情。當(dāng)時(shí)在清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系做博士后的陳渝提出做一個(gè)用軟件實(shí)現(xiàn)的嵌入式開(kāi)發(fā)板硬件模擬器，可以在模擬器上運(yùn)行各種操作系統(tǒng)，這樣就可以在沒(méi)有開(kāi)發(fā)板的情況下學(xué)習(xí)和研究操作系統(tǒng)。一開(kāi)始就陳渝一人做，首先他了解了當(dāng)前國(guó)際上的一些類(lèi)似的項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)杰出的μCLinux組織實(shí)現(xiàn)了一個(gè)armulator模擬器軟件（在Linux系統(tǒng)上運(yùn)行），可以模擬Ateml AT91（基于ARM7TDMI CPU）開(kāi)發(fā)板，μCLinux可以在armulator（其網(wǎng)址為http://www.uclinux.org/pub/uCLinux/utilities/armulator/）上運(yùn)行。于是陳渝以此為基點(diǎn)，借鑒armulator的實(shí)現(xiàn)，提出了SkyEye項(xiàng)目，其目標(biāo)是讓SkyEye仿真多種主流的嵌入式開(kāi)發(fā)板和外設(shè)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)可擴(kuò)展的硬件模擬框架，讓更多的嵌入式操作系統(tǒng)可以在SkyEye上運(yùn)行。SkyEye項(xiàng)目于2002年12月1日正式建立后，陳渝完成的**件工作是把a(bǔ)rmulator移植到了cygwin/windows環(huán)境下，其成果被μCLinux組織接收。接下來(lái)清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系碩士生李明加入到SkyEye的開(kāi)發(fā)中，8天后，SkyEye的**個(gè)版本推出，再過(guò)了4天，μC/OS-II for SkyEye推出。在這期間，SkyEye的網(wǎng)站也建立起來(lái)了。緊接著，楊曄、王利明、尹首一等在校學(xué)生也加入到SkyEye的開(kāi)發(fā)中，給SkyEye帶來(lái)了新的活力，SkyEye進(jìn)入了新的發(fā)展階段，目前通過(guò)訪問(wèn)SkyEye的網(wǎng)站（http://www.skyeye.org/）和在linux公社上的SkyEye論壇（ http://www.linuxfans.org）可以了解到SkyEye的*新進(jìn)展并對(duì)有關(guān)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面的問(wèn)題進(jìn)行交流，還可以到 http://gro.clinux.org/projects/skyeye/ 下載*新的SkyEye相關(guān)軟件和文檔。國(guó)產(chǎn)嵌入式軟件系統(tǒng)仿真平臺(tái)

2．SkyEye的背景

如果你看過(guò)電影"黑客帝國(guó)"（又稱"matrix"），相信電影描述的虛幻世界會(huì)深深地吸引你，至少它是我們看過(guò)*有想象力的科幻電影之一。也許我們可以把SkyEye看作一個(gè)"matrix "，把運(yùn)行在SkyEye上的各種程序看成是這個(gè)"matrix"中的蕓蕓眾生。我們創(chuàng)造SkyEye和編寫(xiě)運(yùn)行在SkyEye上運(yùn)行的程序就是為了洞悉計(jì)算機(jī)的奧秘，嘗嘗當(dāng)"造物主"的感覺(jué)。當(dāng)看到各種軟件Linux、μCLinux、μC/OS-II...在SkyEye上"愉快"地運(yùn)行時(shí)，那種感覺(jué)真是太奇妙了。

對(duì)于想了解、學(xué)習(xí)一般操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理，Linux/μCLinux操作系統(tǒng)或TCP/IP等系統(tǒng)級(jí)軟件的實(shí)現(xiàn)的人員，目前一般采用的方法是看書(shū)和讀源代碼，這是一種靜態(tài)的學(xué)習(xí)方法，效率較低，比較枯燥，缺少親自實(shí)踐的感覺(jué)。要想深入分析和開(kāi)發(fā)軟件，就要?jiǎng)邮志幊?，不能只是看看?shū)，讀讀代碼，只有通過(guò)親手實(shí)踐才能夠掌握軟件設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。上面所指出的問(wèn)題和需求促使SkyEye項(xiàng)目的誕生。

3．SkyEye的目標(biāo)和意義

SkyEye是一個(gè)開(kāi)源軟件（OpenSource Software）項(xiàng)目，中文名字是"天目"。SkyEye的目標(biāo)是在通用的Linux和Windows平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)純軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，模擬常見(jiàn)的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(這里假定"仿真"和"模擬"的意思基本相同)；可在SkyEye上運(yùn)行μCLinux以及μC/OS-II等多種嵌入式操作系統(tǒng)和各種系統(tǒng)軟件（如TCP/IP，圖形子系統(tǒng)，文件子系統(tǒng)等），并可對(duì)它們進(jìn)行源碼級(jí)的分析和測(cè)試。


SkyEye并不能取代開(kāi)發(fā)板等硬件的功能，但通過(guò)它可以比較容易進(jìn)入到嵌入式軟件的廣闊天地中。由于SkyEye建立在GDB基礎(chǔ)之上，使用者可以方便地使用GDB提供的各種調(diào)試手段對(duì)SkyEye仿真系統(tǒng)上的軟件進(jìn)行源碼級(jí)的調(diào)試，還可以進(jìn)行各種分析，如執(zhí)行熱點(diǎn)分析、程序執(zhí)行覆蓋度分析等。由于SkyEye提供了源代碼和相關(guān)文檔，有經(jīng)驗(yàn)的用戶完全可以修改和擴(kuò)充SkyEye來(lái)滿足自己的需求。

二．SkyEye模擬硬件介紹

目前SkyEye模擬了大量的硬件，包括CPU內(nèi)核、存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器管理單元、緩存單元、串口、網(wǎng)絡(luò)芯片、時(shí)鐘等。下面做一簡(jiǎn)單介紹。

1．CPU和開(kāi)發(fā)板系列

目前SkyEye可以模擬的CPU主要是基于ARM內(nèi)核的CPU，包括ARM7TDMI，ARM720T，ARM9TDMI，ARM9xx，ARM10xx，StrongARM，XScale等。ARM7/9/10TDMI是ARM系列CPU的基本核心部分，它們不支持MMU/CACHE和一些擴(kuò)展指令，是ARM CPU基本核。ARM720T、ARM920T、ARM10xx、StrongARM、Xscale是建立在以上ARM CPU核上，并擴(kuò)展了MMU/CACHE和其它功能。各硬件開(kāi)發(fā)公司可以根據(jù)它們的需求在上述CPU核上加上特定的擴(kuò)展，形成基于各種ARM基本核心的特定CPU，如Atmel91X40和 ep7312，分別擴(kuò)展了ARM7TDMI和ARM720T的內(nèi)存控制和各種I/O控制器，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)板的邏輯設(shè)計(jì)，大大增強(qiáng)了開(kāi)發(fā)板的功能。國(guó)產(chǎn)嵌入式軟件系統(tǒng)仿真平臺(tái)

目前SkyEye模擬的開(kāi)發(fā)板包括基于Atmel 91X40/AT91RM92 CPU的開(kāi)發(fā)板，基于Crirus Logic ep7312的開(kāi)發(fā)板、基于StrongARM CPU的ADSBITSY開(kāi)發(fā)板，基于XScale PXA250 CPU的LUBBOCK開(kāi)發(fā)板、基于SAMSUNG S3C4510B/S3C44B0 CPU的開(kāi)發(fā)板、基于SHARP LH7A400 CPU的開(kāi)發(fā)板、基于Philip LPC22xx CPU的開(kāi)發(fā)板等。主要模擬了對(duì)應(yīng)各個(gè)開(kāi)發(fā)板的串口、時(shí)鐘、RAM、ROM、LCD、網(wǎng)絡(luò)芯片等硬件外設(shè)。

2．存儲(chǔ)器管理單元和緩存單元

MMU（Memory Management Unit）即存儲(chǔ)器管理單元，是用來(lái)管理虛擬內(nèi)存系統(tǒng)的硬件。MMU的兩個(gè)主要功能是：將虛地址轉(zhuǎn)換成物理地址；控制存儲(chǔ)器的存取權(quán)限。MMU關(guān)掉時(shí)，虛地址直接輸出到物理地址總線。MMU本身有少量存儲(chǔ)空間存放從虛擬地址到物理地址的匹配表，此表稱作TLB(Translation Lookaside Buffers)。TLB表中保存的是虛址及其對(duì)應(yīng)的物理地址，權(quán)限，域和映射類(lèi)型。當(dāng)CPU對(duì)一虛擬地址進(jìn)行存取時(shí)，首先搜索TLB表以查找對(duì)應(yīng)的物理地址等信息，如果沒(méi)有查到，則進(jìn)行查找translation table，稱為T(mén)ranslation Table Walk（簡(jiǎn)稱TTW）。經(jīng)過(guò)TTW過(guò)程后，將查到的信息保存到TLB。然后根據(jù)TLB表項(xiàng)的物理地址進(jìn)行讀寫(xiě)。CACHE是緩存單元，主要用于緩存內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，其讀寫(xiě)速度遠(yuǎn)快于內(nèi)存的讀寫(xiě)速度，所以可以提高CPU的內(nèi)存數(shù)據(jù)的訪問(wèn)效率。

write/read buffer硬件單元的作用與CACHE的作用類(lèi)似。MMU、CACHE、write/read buffer一般是高性能CPU的重要組成部分，且不同類(lèi)型CPU的MMU、CACHE、write/read buffer的邏輯行為也有一定的差異。為了支持模擬多種類(lèi)型CPU的MMU/CACHE，SkyEye包含了一個(gè)通用的MMU/CACHE模擬實(shí)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)一些參數(shù)的調(diào)整可以支持模擬多種類(lèi)型的MMU/CACHE物理結(jié)構(gòu)和邏輯行為。

3．網(wǎng)絡(luò)芯片

目前SkyEye模擬了網(wǎng)絡(luò)芯片8019AS，其特點(diǎn)是：NE2000兼容，內(nèi)建 16KRAM緩沖區(qū)，10MB傳輸速率。雖然目前模擬的開(kāi)發(fā)板上不一定有網(wǎng)絡(luò)芯片8019AS，但我們可以在我們模擬的開(kāi)發(fā)板上加上網(wǎng)絡(luò)芯片8019AS的模擬。這樣再加上在不同操作系統(tǒng)上的8019AS驅(qū)動(dòng)程序，就可以方便地完成各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。目前已經(jīng)在在基于Atmel91X40 CPU的開(kāi)發(fā)板上實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)芯片8019AS擴(kuò)展，并增加了μC/OS-II和μClinux的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序，已經(jīng)支持大量的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，如LwIP （一個(gè)TCP/IP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)）、nfs server/clinet、http server/client、telnet server/client、ftp server/client等。

三．SkyEye的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

1．SkyEye設(shè)計(jì)原則

SkyEye軟件的核心在目標(biāo)模擬模塊。為了提高模擬效率，且能夠模擬更多的CPU、開(kāi)發(fā)板和各種外設(shè)，方便開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行開(kāi)發(fā)和學(xué)習(xí)，SkyEye遵循如下的設(shè)計(jì)原則：

用C語(yǔ)言編程，采用面向?qū)ο蟮姆绞蕉x各種要模擬的硬件；
定義抽象模擬硬件對(duì)象，*大化重用代碼；
定義硬件配置腳本，使得不用改動(dòng)SkyEye代碼就可以靈活地調(diào)整各種硬件配置；
保持與GDB上層接口的一致性，這樣可充分利用GDB強(qiáng)大的源代碼級(jí)調(diào)試功能。

2．SkyEye的總體結(jié)構(gòu)

SkyEye基于GDB/ARMulator(目前由David McCullough 維護(hù))，并進(jìn)行了**的改變和擴(kuò)展。SkyEye建立在GNU GDB的底層，可以模仿多種完整的嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，目前模擬的硬件包括CPU、內(nèi)存、I/O寄存器、時(shí)鐘、UART、網(wǎng)絡(luò)芯片、MMU、CACHE，將來(lái)還會(huì)模擬 LCD、USB等各種硬件。在SkyEye上運(yùn)行的操作系統(tǒng)和各種系統(tǒng)軟件"意識(shí)"不到它們是在一個(gè)虛擬的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行。其他產(chǎn)品：微量氧分析儀,藥品殘氧儀,露點(diǎn)儀,熱導(dǎo)氣體分析儀,GE流量計(jì),OX-1氧傳感器,頂空分析儀,紅外氣體分析儀,高溫濕度儀,西門(mén)子U23分析儀,ppb微量水分析儀,OXY.IQ氧分析儀,煙氣濕度儀,燃?xì)鉄嶂祪x,Kaye溫度驗(yàn)證儀,L&W白度,儀激光氧分析儀,壓縮空氣露點(diǎn)儀,干燥機(jī)露點(diǎn)儀,激光氣體分析儀,便攜式露點(diǎn)儀,便攜式微量氧分析儀西門(mén)子氧電池\oxy-12\ultramat-23代表U23氧模塊價(jià)格|PID傳感器 |總代理|代表處|授權(quán)代理商|辦事處|分公司|全資子公司|價(jià)格|品牌|批發(fā)|選型|維修|校準(zhǔn)

SkyEye從總體上分為四個(gè)層次：

用戶接口模塊：包括命令行用戶界面和圖形用戶界面，完成處理用戶的輸入命令，并把相關(guān)調(diào)試數(shù)據(jù)輸出給用戶的任務(wù)。這一部分基本上直接利用了GDB的用戶接口模塊，并在此基礎(chǔ)上有一定的擴(kuò)充。
符號(hào)處理模塊：主要處理執(zhí)行文件的頭信息，解釋執(zhí)行文件中內(nèi)嵌的debuger調(diào)試信息，對(duì)符號(hào)表的管理，對(duì)源代碼表達(dá)式的解析，定位源代碼中的語(yǔ)句位置和機(jī)器碼的位置關(guān)系等。這一部分也是直接利用了GDB的符號(hào)處理模塊，也正是有了這個(gè)模塊的支持，SkyEye可以支持源碼級(jí)調(diào)試。
目標(biāo)控制模塊：主要完成執(zhí)行控制（如中斷程序的執(zhí)行，設(shè)置中斷條件等），程序棧結(jié)構(gòu)分析，對(duì)具體目標(biāo)硬件的控制（如本地調(diào)試、遠(yuǎn)程調(diào)試和模擬調(diào)試的控制）。這一部分完成對(duì)SkyEye上運(yùn)行的軟件的控制，提供了多種調(diào)試手段。
目標(biāo)模擬模塊：這一部分是SkyEye的核心。它的功能是模仿計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的主要硬件（包括CPU、內(nèi)存和各種硬件外設(shè)等）的執(zhí)行，對(duì)執(zhí)行文件的機(jī)器指令進(jìn)行解釋?zhuān)⒛M執(zhí)行每一條機(jī)器指令，產(chǎn)生相應(yīng)的硬件響應(yīng)等。
更多國(guó)產(chǎn)嵌入式軟件系統(tǒng)仿真平臺(tái)信息請(qǐng)直接致電埃登威SkyEye上海021-55581219

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