開放源代碼ROM監(jiān)控器RedBoot的功能特點及調試技巧分析

開放源代碼ROM監(jiān)控器RedBoot的功能特點以及配置方法，它可以提供一種下載調試環(huán)境，且體積非常小巧。RedBoot也稱作紅帽（Red Hat）嵌入式調試引導程序，是一種用于嵌入式系統(tǒng)的獨立開放源代碼引導/裝載器，任何人都可以從互聯(lián)網上下載具有紅帽eCos公共許可證的RedBoot源代碼。雖然RedBoot使用的是源于eCos實時操作系統(tǒng)（RTOS）的軟件模塊，并且常用于嵌入式Linux系統(tǒng)，但它與這兩種操作系統(tǒng)完全無關，RedBoot能夠用于任何操作系統(tǒng)或RTOS，甚至沒有操作系統(tǒng)也行。

RedBoot自帶一個GDB“存根進程（stub）”，可提供目標端通信軟件，允許用戶通過標準GDB協(xié)議命令進行遠端調試，這樣設計師就能利用RedBoot與運行GNU調試器的主機通過串口或網絡連接起來調試設計的嵌入式軟件。RedBoot支持多種處理器架構和硬件平臺，包括ARM、日立SHx、MIPS、PowerPC、SPARC以及x86等。

結構配置

RedBoot可以在多種不同配置下運行，但一般都是從目標平臺的閃存引導區(qū)或引導ROM啟動。RedBoot設計為系統(tǒng)上電啟動，能提供完整的處理器初始化和設備設置，使設計人員能夠迅速開始與系統(tǒng)通信。

RedBoot可設為用串口或以太網口（通過Telnet）進行通信，當從某個端口收到第一條命令后，那么隨后所有的RedBoot通信都將從那個端口進行，直到系統(tǒng)重新啟動。

利用以太網口與RedBoot通信時，一定要清楚目標平臺是如何得到其IP地址的。設置目標平臺IP地址有兩種方法，分別是動態(tài)法和靜態(tài)法。在靜態(tài)方式下，目標平臺的IP地址在編譯RedBoot映像前設置（后文還會詳細討論這方面內容），也可通過串口命令設置。

RedBoot還可以采用BOOTP協(xié)議動態(tài)分配IP地址，BOOTP協(xié)議是目前許多網絡廣泛支持的動態(tài)主機配置協(xié)議（DHCP）的一個子集，與靜態(tài)法一樣，可在編譯時或通過串口命令，使目標平臺使用動態(tài)網絡配置。當然，為了取得IP地址，目標設備必須連到能夠訪問BOOTP或DHCP服務器的網絡上。

當裝載的應用軟件本身需要IP地址時，切記RedBoot映像不能使用動態(tài)IP地址，否則會在以太網端口的IP地址配置中引起沖突，從而造成與RedBoot或應用軟件通信錯誤。在這種情況下，最好給不在動態(tài)網絡配置協(xié)議范圍內的RedBoot設置靜態(tài)IP地址。

RedBoot還能根據與BOOTP響應一起收到的配置信息，用一般文件傳輸協(xié)議（TFTP）自動下載應用軟件代碼，此時在主機上同樣需要TFTP服務器以提供軟件映像訪問。

命令行語句

RedBoot通過命令行接口（CLI）輸入命令，在最小模式下，RedBoot命令行接口建立在目標平臺硬件串口上，當有多個串口時，RedBoot可以用其中任何一個建立通信。RedBoot還能利用Telnet協(xié)議在以太網端口建立CLI（默認情況下RedBoot將端口9000用于Telnet，不過可以用下面講到的fconfig命令改變端口號）。

CLI輸出的RedBoot初始化信息如圖1所示，這些信息提供了有關RedBoot映像的信息，包括映像建立日期、目標硬件平臺以及可供RedBoot使用的資源等。當顯示出提示符：RedBoot＞ 后，就表明CLI已經準備好，用戶可以開始輸入命令。

圖1CLI輸出的RedBoot初始化信息

RedBoot命令的基本格式是：

命令 ［-選項1］ ［-選項2 參數(shù)值］ 操作符

命令格式中的選項1和選項2代表可以加到某些命令中的可選參數(shù)，用于指示一些特定動作或附加信息，在選項2中還包括一個數(shù)值。操作符定義了某些特殊命令所需的附加信息。命令也可以縮寫成最短的無歧義字符串，如dump、dum、du和d都是dump命令的有效寫法。

RedBoot用load命令下載應用軟件映像，映像可以用TFTP協(xié)議、X/Y調制解調器協(xié)議或直接從目標硬件下載。映像成功下載到目標平臺后，就可以用go命令運行軟件。

在RedBoot提示符下可鍵入help命令顯示所有可用命令列表，并不是所有命令都能用于各種RedBoot映像，命令是否可用取決于目標平臺的資源狀況，例如有些命令就不適合用于沒有閃存的硬件平臺。

首字符是“$”的命令代表執(zhí)行后會在RedBoot映像中調用GDB stub，一旦進入GDB模式，RedBoot就會一直保持這種模式直到系統(tǒng)重新啟動。

有幾條RedBoot命令需要在這里重點提一下。首先是閃存映像系統(tǒng)（fis）命令，當硬件平臺上配有閃存時，RedBoot提供fis命令作為基本文件系統(tǒng)，這些命令主要用來管理文件系統(tǒng)映像。

另一個有用的命令是基于閃存的配置和控制命令fconfig。圖2給出了用fconfig命令查詢的輸出信息，從中可以看出，配置命令可以設置RedBoot啟動順序。啟動配置包括是否在初始化期間運行引導腳本、是否用BOOTP協(xié)議獲取IP地址以及是否用GDB telnet端口進行調試等。

圖2 用fconfig命令查詢

RedBoot也支持引導腳本，因此允許用戶在上電過程完成后執(zhí)行所需命令。在產品測試階段采用RedBoot裝載應用軟件映像時引導腳本很有好處，用戶還可以設置超時參數(shù)，在引導腳本執(zhí)行前按下Ctrl+C中斷執(zhí)行。引導腳本可用fconfig命令進行設置。

構建RedBoot

能夠自己重新構建RedBoot對用戶來說非常重要，因為隨時都可能需要進行代碼更新和缺陷更正；如果用戶希望定制RedBoot，那么也需要重建RedBoot，比如增加自己的命令或與它的接口。

重建RedBoot映像的第一步是建立主機開發(fā)環(huán)境，建立RedBoot映像的工具要能運行在Windows或Linux主機平臺上。主機開發(fā)工具包括GNU二進制應用程序（常稱為binutils）、C/C＋＋編譯器和調試器。安裝完GNU工具后，接著就是確定配置工具，用戶可以采用圖形化配置工具或命令行工具配置建立RedBoot映像。本文重點講述圖形化配置工具。

配置工具允許進行源代碼級設置，從而確保RedBoot映像是專為各個用戶應用而開發(fā)的，整個源代碼知識庫和配置工具用元件定義語言（CDL）描述庫中的元件及建立軟件映像規(guī)則。配置工具利用先前設立的GNU工具建立適合特定處理器結構的RedBoot映像，有關配置工具的更多信息可以從網上得到，也可以從幫助菜單中獲得。

下面的例子使用的是configtool-2.08-setup.exe，它是目前最新版配置工具，在安裝之前最好閱讀一下readme.txt文件，一起下載的changes.txt文件則列出了不同版本的變動情況。接下來就是下載RedBoot源代碼，RedBoot源代碼包含在匿名CVS庫中，可以用免費的客戶軟件訪問。連上庫以后，最好將包括eCos文件在內的所有源代碼都下載，因為RedBoot會使用設備驅動器之類的eCos源文件。在確定建立自己RedBoot映像所需所有文件后，可以刪掉其它不必要文件。RedBoot軟件結構主要軟件模塊方框圖如圖3所示。

圖3 主要軟件模塊方框圖

RedBoot軟件結構采用分層方法，這樣可以裝入新的功能和軟件組件，RedBoot的基礎是eCos硬件抽象層（HAL）和設備驅動器。

讓我們看一下RedBoot的源代碼目錄結構。從匿名CVS庫中下載的源代碼文件都放在packages子目錄下，這個主目錄下面是redboot子目錄，里面存放全部RedBoot文件。由于所有文件都是從匿名CVS庫下載的，因此都位于current子目錄下。在redboot子目錄下有個名為ChangeLog的文件，它記錄了RedBoot源文件的所有修改情況。

配置工具能夠非常方便地用圖形化方式配置RedBoot映像建立所必需的組件，通過選中或不選中某個特定組件選擇框，可以激活或去除相應的配置選項，設置值可在窗口右邊的方格中加入。

創(chuàng)建新RedBoot配置有兩種方法。第一種方法是在配置工具的Build菜單下選擇模板，這時會彈出模板對話框，然后從中選擇硬件平臺和模板數(shù)據包，這里我們的模板數(shù)據包選擇redboot。這種方法為建立默認配置RedBoot映像提供了一個基本方式，選擇菜單Build-＞Packages，在彈出的Packages對話框中可以添加或刪除其它數(shù)據包。

第二種創(chuàng)建RedBoot新配置的方法是導入eCos最小配置文件（.ecm）。RedBoot支持的每個硬件平臺都包含這樣的最小配置文件，這些配置文件一般位于硬件抽象層目錄hal下對應于每個結構的misc子目錄中。

最小配置文件包含特定硬件平臺基本配置信息，將.ecm文件作為出發(fā)點，我們就有了作為基礎的硬件平臺工作配置文件，可改變配置選項支持RedBoot映像所需要的任何修改。

最小配置文件同樣使用CDL。圖4是一個eCos最小配置文件實例，源自redboot_ROM.ecm文件，適合那些采用PowerPC的Motorola MBX開發(fā)板。從圖中可以看到，.ecm文件列出了cdl_configuration命令的數(shù)據包清單，需要包含在RedBoot配置中。cdl_option命令用來為特定選項設置選項值。

圖4 eCos最小配置文件實例

大多數(shù)支持平臺都包含一個可以導入的ROM和RAM RedBoot.ecm文件作為配置起點，ROM和RAM表明RedBoot映像在目標硬件上的存放位置。一般情況下，RAM配置在最初調試硬件時使用，而ROM配置則在映像調試完成后準備存放進閃存時使用。RAM映像還可用于更新駐留閃存的RedBoot映像。i386 PC目標平臺還包含了一個RedBoot FLOPPY配置文件，可供軟盤啟動RedBoot時使用。

為了導入最小配置文件，需要選擇配置工具菜單中的File-＞Import命令，然后瀏覽相應的.ecm文件并選中，配置工具利用.ecm文件裝載相應數(shù)據包并設置對應選項。如果發(fā)生因配置選項設置引起的沖突，配置工具會顯示一個沖突解決對話框，選擇繼續(xù)按鈕就可解決該沖突。

由于RedBoot還依賴其它軟件模塊如HAL，因此并不是所有的配置選項都包含在RedBoot ROM監(jiān)控數(shù)據包內。在eCos HAL包中就有底層硬件配置選項，其它可能需要配置的數(shù)據包還有設備驅動器，例如在包括網絡支持的平臺上，以太網設備驅動器選項就包含在通用以太網支持包內。

如果想要網絡通信，還需要建立RedBoot網絡配置選項，這樣可以設定目標硬件的默認IP地址，或BOOTP初始化期間使用的配置。

完成RedBoot配置后，最好把最小配置文件保存下來，這一步可以通過選擇File-＞Export并輸入文件名完成。

創(chuàng)建RedBoot映像

接下來需要保存當前的配置。為了將當前配置保存為eCos當前配置文件（.ecc），需要選擇File菜單中的Save As命令，不妨把文件存為redboot_rom.ecc。這步操作將生成正在創(chuàng)建的RedBoot映像的工作目錄結構，所有目錄都將以剛才創(chuàng)建的.ecc文件名開頭。在本例中，目錄名以redboot開始。

正確設置好配置以后，下面就可以開始創(chuàng)建RedBoot映像了。為了執(zhí)行創(chuàng)建過程，需要采用Build-＞Library命令，此時配置工具輸出窗口將顯示相關創(chuàng)建信息。創(chuàng)建過程完成后，生成的RedBoot映像存放在redboot_install\bin子目錄中，本例中新的RedBoot映像取名為redboot_rom.bin。

更新目標平臺

將RedBoot映像裝進非易失性存儲器根據目標不同有很多方法，一般情況下，映像必須用軟件編進閃存或用設備編程器編入ROM。

RedBoot映像裝入閃存后，就可以直接執(zhí)行缺陷修正或增加功能等映像更新任務，此時需要已有的閃存RedBoot映像和新建立的從RAM運行的RedBoot映像的支持。

首先從閃存啟動目標平臺并運行舊的RedBoot映像，由于這里采用了閃存映像系統(tǒng)命令將新的RedBoot映像編入閃存，因此需要執(zhí)行 ：RedBoot＞ fis init ，命令初始化fis系統(tǒng)。該命令用于初始化閃存，使新的映像能用fis命令下載。映像系統(tǒng)初始化完成后，可以用 ：RedBoot＞ fis list ，命令查看閃存中的映像。此時會得到類似于圖5的輸出，根據實際使用的硬件平臺而顯示不同的地址、長度和入口地點，同時還能看到RedBoot映像名，該映像名代表的是目前正在閃存中運行的RedBoot映像。

圖5 閃存輸出圖

接著用上述同樣的步驟創(chuàng)建一個RedBoot RAM映像redboot_ram.bin。為了建立從RAM運行的映像，需要確保啟動類型（CYG_HAL_STARTUP）配置選項設為RAM。因為硬件平臺包括ROM和RAM最小配置文件，因此導入并建立RAM配置并不困難，重要的是要記住將RAM和ROM映像存放到不同的工作目錄中。

下一步用駐留在閃存中的原有RedBoot映像將新的redboot_ram.bin載入到RAM中，這步操作的命令是：

RedBoot＞ load redboot_ram.bin

載入命令的執(zhí)行有好幾種方法，如把映像從主機發(fā)送到目標硬件的TFTP，具體哪種方法取決于用戶實際可用資源情況，fis load命令還能用來通過閃存映像存儲系統(tǒng)裝載和存儲redboot_ram.bin映像。

我們用go命令執(zhí)行剛載入RAM中的RedBoot映像。RedBoot映像從RAM執(zhí)行后會產生新的類似于圖1的初始化消息，要注意這時是從RAM執(zhí)行RedBoot映像的。

接著用與上面相同的步驟裝載新創(chuàng)建的ROM RedBoot映像，裝載redboot_rom.bin映像的命令是：

RedBoot＞ load redboot_rom.bin -b

命令行中的ram_addr指RAM中的位置（不同的平臺有不同的值），這里臨時存放著即將編入閃存的redboot_rom.bin映像。

現(xiàn)在就可以用fis命令將新映像寫進閃存了。某些平臺可以支持閃存的鎖定和解鎖，如果用戶能夠解鎖閃存，那么用戶需要輸入的第一條fis命令是：

RedBoot＞ fis unlock -l

這里flash_addr是需解鎖的閃存地址，本例中這項參數(shù)對應的是fis list命令中RedBoot映像名稱的閃存地址，從fis list命令中還能得到長度。如果平臺不支持閃存鎖定，那么用戶可以跳過這一步。

隨后可以用命令：RedBoot＞ fis create RedBoot -f -b -l -s ，將RAM中的RedBoot新映像寫入閃存中。其中flash_addr是RedBoot新映像寫入閃存的位置，如fis list命令所示，ram_addr是redboot_ROM.bin文件載入RAM存儲器的位置。flash_len同樣出現(xiàn)在fis list命令中，代表RedBoot閃存映像的長度，data_len則是將被寫進閃存的redboot_rom.bin文件的長度。

在繼續(xù)下面的操作之前，fis create命令會詢問用戶是否愿意替換現(xiàn)有名為RedBoot的映像，如果回答“是”則將把新的映像裝入閃存。下一步，如果硬件平臺允許鎖定閃存，那么就可以用：RedBoot＞ fis lock -f -l ，命令完成閃存鎖定。上面討論的針對所支持平臺實際存儲位置在RedBoot文檔中有詳細說明。最后重新啟動硬件就可以啟用剛才寫進閃存的RedBoot新映像了。

發(fā)展前景

目前新版RedBoot正計劃與eCos v.2同時推出，新版RedBoot增強功能包括DHCP客戶機、嵌入式web服務器、USB調試和IDE驅動支持。

即使沒有這些功能改善，RedBoot ROM監(jiān)控器也能提供一種低成本而且容易使用的硬件調試與測試方法。由于RedBoot是開放式源代碼，因此用戶能夠定制RedBoot以滿足項目開發(fā)和測試階段遇到的所有特殊需求。RedBoot對GDB的支持甚至可以讓用戶不再需要昂貴的硬件調試工具。

責任編輯：gt