由于嵌入式設(shè)備資源受限，通常無(wú)法在其上安裝龐大的IDE調(diào)試程序，且許多嵌入式系統(tǒng)并無(wú)桌面環(huán)境。為了方便調(diào)試自開(kāi)發(fā)程序，本文介紹利用VSCode與gdbserver進(jìn)行嵌入式設(shè)備上程序的遠(yuǎn)程調(diào)試方法。

?前言

嵌入式Linux系統(tǒng)，由于系統(tǒng)資源的匱乏，通常無(wú)法安裝本地編譯器進(jìn)行本地開(kāi)發(fā)，而需要在借助一臺(tái)主機(jī)進(jìn)行交叉開(kāi)發(fā)。一般情況下，在主機(jī)安裝相應(yīng)的交叉編譯器，將在主機(jī)編輯好的程序交叉編譯后，通過(guò)一定方式如以太網(wǎng)或者串口將程序下載到目標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行，或者進(jìn)行調(diào)試。一般的交叉開(kāi)發(fā)流程如圖1所示。關(guān)于Windows上搭建交叉編譯環(huán)境，可以參考《不借助Linux系統(tǒng)，在Windows下如何搭建ZMC900E交叉編譯環(huán)境》。

圖1 嵌入式Linux交叉開(kāi)發(fā)一般流程

由于系統(tǒng)資源限制，通常在ZMC600E/900E上無(wú)法安裝龐大的IDE來(lái)調(diào)試程序，同時(shí)ZMC600E/900E中默認(rèn)不帶桌面。我們可以通過(guò)VSCode+ssh協(xié)議遠(yuǎn)程到ZMC600E/900E來(lái)開(kāi)發(fā)和運(yùn)行程序，但通常只能在設(shè)備上通過(guò)gdb命令行程序進(jìn)行調(diào)試。為了更加方便地調(diào)試程序，可以通過(guò)VSCode+gdbserver程序來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)試的目的。接下來(lái)將詳細(xì)介紹如何在Windows上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)試ZMC600E/900E。

?測(cè)試環(huán)境

1. 遠(yuǎn)程設(shè)備：ZMC900E主站控制器2. 主機(jī)：Win103. IDE: VS Code4. 所需軟件環(huán)境：

• cmake版本3.xx，推薦3.20及以上版本
• mingw64（主要需要mingw32-make.exe）獲取最新版本
• aarch64-linux-gnu(windows)交叉編譯鏈，包括：① 編譯器aarch64-linux-gnu-gcc.exe aarch64-linux-gnu-g++.exe等；② aarch64-linux-gnu.cmake 交叉編譯工具鏈配置文件；③ 調(diào)試器aarch64-linux-gnu-gdb.exe gdbserver(arm Linux程序)；④可以聯(lián)系我們技術(shù)支持獲取。

5. VSCode需要的插件：

• C/C++
• C/C++ Extension Pack
• CMake
• CMake Integration
• CMake Tools
• GDB Debug
• Remote - SSH
• Remote development

圖2 VSCode中需要的插件6. 環(huán)境變量：

• 將交叉編譯鏈解壓到D:/aarch64-linux-gnu（或其他容易找到的地方），將D:/aarch64-linux-gnu/bin 加入環(huán)境變量。
• 將CMake和mingw64也加入到環(huán)境變量。
• 重啟使其生效。

圖3 Windows環(huán)境變量配置

7. OpenSSL

對(duì)win10及更新版本的Windows系統(tǒng)，已默認(rèn)包含在系統(tǒng)軟件中。舊版本W(wǎng)indows需要自行安裝。

?基本步驟

1. Windows下交叉編譯鏈的搭建，并嘗試編譯程序進(jìn)行驗(yàn)證；2. 在VSCode上搭建圖形化編譯環(huán)境；3. 搭建遠(yuǎn)程gdbserver和本地gdb聯(lián)調(diào)。前兩步可以參考《不借助Linux系統(tǒng)，在Windows下如何搭建ZMC900E交叉編譯環(huán)境》。

?遠(yuǎn)程GDB調(diào)試

遠(yuǎn)程調(diào)試的基本邏輯是：

• 將程序、動(dòng)態(tài)庫(kù)、gdbserver以及ENI文件上傳遠(yuǎn)程ZMC900E設(shè)備上，同時(shí)在本地需要保留一份一樣的程序用于調(diào)試；
• 在遠(yuǎn)程ZMC900E上啟動(dòng)gdbserver，在本地程序啟動(dòng)aarch64-linux-gnu-gdb.exe程序遠(yuǎn)程連接到服務(wù)器。

1. 修改CMakeLists.txt為Debug模式打開(kāi)CMakeLists.txt，輸入以下內(nèi)容。

cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
project(test)
set(CMAKE_BUILD_TYPE Debug)
add_definitions(-Wall -ggdb -O0 -pipe)
include_directories("../../include")link_directories("../../lib")
add_executable(testtest.c)
target_link_options(testPRIVATE -lpthread -lrt -ldl -lstdc++ -lm)target_link_libraries(testzecm)

其中新增了以下內(nèi)容：

• set(CMAKE_BUILD_TYPE Debug)配置編譯類型為debug模式；
• add_definitions(-Wall -ggdb -O0 -pipe)增加編譯參數(shù)，-Wall開(kāi)啟所有編譯警告與提示，指定調(diào)試器為gdb，并-O0關(guān)閉所有編譯優(yōu)化。

注意：set(CMAKE_BUILD_TYPE Debug) add_definitions(-Wall -ggdb -O0 -pipe)這兩行為debug必需，且不能開(kāi)-O優(yōu)化，必須寫-O零，否則調(diào)試信息會(huì)不完整并錯(cuò)亂，斷點(diǎn)或單步調(diào)試會(huì)錯(cuò)位。2. 配置本地VSCode的gdb在側(cè)邊欄點(diǎn)Debug，打開(kāi)下拉欄，點(diǎn)Add Configure，生成新的配置文件。或點(diǎn)擊“create a new launch.json file”。將以下配置復(fù)制進(jìn)去并作相應(yīng)修改，保存。

圖4 配置launch.json

圖5 配置launch.json 2在launch.json中寫入以下內(nèi)容。

{// Use IntelliSense to learn about possible attributes.// Hover to view descriptions of existing attributes.// For more information, visit: https://go.microsoft.com/fwlink/?linkid=830387"version":"0.2.0","configurations": [ { "name":"g++", "type":"cppdbg", "request":"launch", "program":"${workspaceFolder}/build/${fileBasenameNoExtension}", "args": [ "test.xml" ], "cwd":"${workspaceFolder}", "stopAtEntry":false, "externalConsole":false, "useExtendedRemote":true, "MIMode":"gdb", "targetArchitecture":"arm", "setupCommands": [ { "description":"Enable pretty-printing for gdb", "text":"-enable-pretty-printing", "ignoreFailures":true }, { "description":"set up remote debug program", "text":"set remote exec-file${fileBasenameNoExtension}", "ignoreFailures":false }, ], "miDebuggerPath":"D:/aarch64-linux/bin/aarch64-linux-gnu-gdb.exe", // "miDebuggerPath": "/usr/bin/gdb-multiarch", "miDebuggerServerAddress":"192.168.1.136:2000" } ]}

這個(gè)文件很重要，遠(yuǎn)程gdb調(diào)試的配置項(xiàng)大多都在這個(gè)文件中。下面會(huì)對(duì)文件中的每個(gè)需要配置的選項(xiàng)進(jìn)行說(shuō)明：2.1 "program": "${workspaceFolder}/build/${fileBasenameNoExtension}"，此選項(xiàng)要指向放在本地的要執(zhí)行的程序。例如可以寫成${workspaceFolder}/build/hello。fileBasenameNoExtension的意思是，如果當(dāng)前主界面打開(kāi)hello.c源文件，則fileBasenameNoExtension == hello，將啟動(dòng)同名程序調(diào)試，根據(jù)實(shí)際情況替換為實(shí)際程序名或保留。
2.2 "args": ["test.xml"]，傳給程序的命令行參數(shù)。注意調(diào)試EtherCAT的時(shí)候，命令行參數(shù)ENI文件名從此項(xiàng)配置傳入，但是ENI文件必須先上傳到ZMC900E，與gdbserver和調(diào)試程序放在同一路徑下。2.3

{"description":"set up remote debug program","text":"set remote exec-file${fileBasenameNoExtension}","ignoreFailures":false}

項(xiàng)設(shè)置配合gdbserver --multi COM使用，可以避免頻繁重啟gdbserver，${fileBasenameNoExtension}同樣根據(jù)實(shí)際情況替換為實(shí)際程序名或保留。2.4 "miDebuggerPath": "D:/aarch64-linux/bin/aarch64-linux-gnu-gdb.exe"，指向本地gdb，推薦使用絕對(duì)路徑，這里指向的是交叉編譯鏈里的gdb。2.5 "miDebuggerServerAddress": "192.168.1.136:2000" ，遠(yuǎn)程gdbserver開(kāi)啟時(shí)綁定的接口。3. 啟動(dòng)ZMC900E上的遠(yuǎn)程gdbserverssh遠(yuǎn)程登錄到ZMC900E，把gdbserver傳到ZMC900E并放在和待執(zhí)行程序同一路徑下，切換到工作路徑，運(yùn)行。

# ZMC900E./gdbserver --multi 192.168.1.136:200

此處參數(shù)—multi（兩條杠）可以避免頻繁啟動(dòng)gdbserver，使其開(kāi)啟后可以反復(fù)遠(yuǎn)程連接。192.168.1.136為與電腦連接的網(wǎng)口的IP地址，net1默認(rèn)為192.168.1.136。端口號(hào)選擇一個(gè)不會(huì)和其他程序沖突的端口，例如2000。4. VSCode連接遠(yuǎn)程gdbserver，開(kāi)始調(diào)試在VSCode中，打開(kāi)源代碼，在gdb調(diào)試頁(yè)中選擇剛剛配置的調(diào)試選項(xiàng)，按F5，等待其連接并運(yùn)行。

圖6 啟動(dòng)遠(yuǎn)程調(diào)試可以看到程序成功運(yùn)行且斷點(diǎn)有效，并且變量列表里也可以實(shí)時(shí)獲取變量的值，可進(jìn)行單步調(diào)試，與本地程序調(diào)試無(wú)異。5. VSCode Debug調(diào)試界面介紹首先介紹工具欄。啟動(dòng)調(diào)試后，會(huì)在代碼編輯界面上方浮動(dòng)一個(gè)工具欄。該工具欄的功能從左到右為：繼續(xù)運(yùn)行、按行/步驟運(yùn)行、按步運(yùn)行、運(yùn)行直到當(dāng)前調(diào)用棧退出、重新啟動(dòng)程序和停止調(diào)試。

圖7 調(diào)試工具欄左側(cè)從上往下進(jìn)行介紹。VARIABLES是變量窗口，可以查看局部變量和全局變量的值，還可以在調(diào)試中手動(dòng)修改值進(jìn)行測(cè)試。WATCH是監(jiān)視窗口，可以將變量或表達(dá)式添加進(jìn)去進(jìn)行持續(xù)查看。CALL STACK是程序當(dāng)前的調(diào)用棧情況。BREAKPOINTS是當(dāng)前調(diào)試的斷點(diǎn)情況。

圖8 調(diào)試變量、監(jiān)測(cè)、調(diào)用棧和斷點(diǎn)等窗口下方log會(huì)打印VSCode gdb插件的一些日志信息。

圖9 VSCode gdb插件日志在ZMC900E上，gdbserver也會(huì)打印一些日志。

圖10 gdbserver日志
?注意事項(xiàng)

gdbserver開(kāi)啟后由于捕捉了SIGNT信號(hào)，即ctrl+C信號(hào)，無(wú)法用命令行直接退出。如果要退出gdbserver可以另外開(kāi)一個(gè)終端，用ps -A查看pid，然后kill -9 pid。
?ZMC900E高性能EtherCAT主站控制器

圖11ZMC900E高性能EtherCAT主站控制器

ZMC900E是ZLG致遠(yuǎn)電子開(kāi)發(fā)的最新一代EtherCAT主站控制器，其核心采用多核異構(gòu)的應(yīng)用處理器，內(nèi)核包括4+1個(gè)64位的ArmCortex-A55核，主頻2GHz；3個(gè)Cortex-R5F內(nèi)核，主頻800MHz。同時(shí)板載4GB LPDDR4、8GB eMMC以及32KB FRAM。

ZMC900E EtherCAT主站控制器為了滿足不同的自動(dòng)化應(yīng)用需求，集成1路專用EtherCAT口、3路通用以太網(wǎng)、1路CANFD、1路RS485、1路TF卡、1路USB3.0 Host、1路HDMI接口、16路Dl數(shù)字輸入、16路DO數(shù)字輸出等接口，靈活滿足自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用需求。

ZMC900E 示意圖及接口圖如下所示：

圖12ZMC900E接口