淺談某軟硬結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)遠程調(diào)試方法

1 基本方法
　　圖1（a）是傳統(tǒng)的嵌入式調(diào)試方法：主機PC通過串口與從機嵌入式系統(tǒng)相連，接收從嵌入式系統(tǒng)發(fā)來的調(diào)試信息并向嵌入式系統(tǒng)發(fā)送調(diào)試指令，主機和從機之間只能有幾米或者幾十米的距離。圖1（b）是現(xiàn)在比較流行的遠程嵌入式調(diào)試方法：主機PC和從機嵌入式系統(tǒng)分別通過以太網(wǎng)連接到網(wǎng)絡(luò)上，主機通過諸如Telnet之類的協(xié)議向嵌入式系統(tǒng)接收調(diào)試信息和發(fā)送指令。本文介紹的方法是將這兩者結(jié)合起來，位于遠端的嵌入式系統(tǒng)與其相鄰的PC2通過串口相連，主機PC1和從機PC2各自通過以太網(wǎng)連接到網(wǎng)絡(luò)上，主機PC1仍然通過Telnet協(xié)議（使用Windows自帶的“超級終端”程序）與從機PC2通信，在從機PC2上運行一種我們設(shè)計的軟件Telent2com，其將Telnet協(xié)議轉(zhuǎn)換成串口的數(shù)據(jù)收發(fā)。為了能夠更好地完成對遠端的嵌入式系統(tǒng)的控制，還使用了Telnet協(xié)議中特殊的控制命令來通過串口的額外控制線和一定的硬件電路完成對嵌入式系統(tǒng)，如電源和I/O輸入的控制，如圖1（c）所示。
　　
　　使用這種方法單從嵌入式系統(tǒng)的角度來說，基本上沒有增加任何額外的電路和成本，仍和第一種方法一樣對外使用串口進行通信。雖然增加了一臺額外的PC機，但是對于那些在正常工作中不需要使用網(wǎng)絡(luò)，只在測試和調(diào)試時需要使用網(wǎng)絡(luò)來完成調(diào)試和更新固件的嵌入式系統(tǒng)來說，這臺額外的PC機只能算作是一個調(diào)試工具。
　　此外，由于增加了通過網(wǎng)絡(luò)完成對嵌入式系統(tǒng)的電源和I/O輸入的控制，相對于第2種方法，即使在調(diào)試中嵌入式系統(tǒng)由于某種原因死機了，仍能從遠端通過控制電源，使系統(tǒng)上電復位;而對系統(tǒng)I/O輸入的控制，則可以更好完成模擬系統(tǒng)與外界的交互模擬。
　　整個系統(tǒng)的工作由兩部分構(gòu)成：① Telnet到串口之間通信協(xié)議轉(zhuǎn)換的PC端程序;② 使用串口控制線控制嵌入式系統(tǒng)電源和I/O輸入的接口電路。
　　2 接口電路的設(shè)計
　　接口電路主要是完成將串口RXD和TXD以外的控制線（如RTS、CTS等）對嵌入式系統(tǒng)電源或者I/O輸入進行控制。為了防止嵌入式系統(tǒng)可能對PC串口的影響，采用圖2所示的電路。通過使用光耦來達到PC串口和嵌入式系統(tǒng)之間的電氣隔離，通過使用繼電器能夠控制不同電壓的電源和不同電平的信號。
　　
　　3 Telnet到串口轉(zhuǎn)換的軟件
　　Telnet是一種最基本的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議，其通信協(xié)議由RFC0854定義。它是建立于TCP協(xié)議之上的用于傳送數(shù)據(jù)和控制信息的協(xié)議。在默認情況下，其使用TCP端口23。最初設(shè)計它的目的，是為建立一種基于網(wǎng)絡(luò)的串行終端仿真協(xié)議。這也正是為什么可以使用Telnet協(xié)議傳送串口數(shù)據(jù)的原因。
　　通過Telnet傳送的數(shù)據(jù)基本以原來的格式（如果是0xFF數(shù)據(jù)，則以兩個0xFF表示）填充到TCP消息的有效數(shù)據(jù)載荷區(qū)。對于控制信息（如轉(zhuǎn)入二進制模式命令，以及我們自定義的控制電源和I/O的命令）則通過在控制命令前加IAC轉(zhuǎn)意字符（0xFF）方式混雜在普通數(shù)據(jù)中傳送。這樣就可以避免像FTP協(xié)議使用額外的端口來傳送控制信息的必要，降低程序的復雜度。