ADS semihosting与硬件重定向

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应用程序在执行过程中经常会和主机有IO交互请求，例如C程序中的printf，该系统函数被执行时，会通过软件中断将printf请求提交给操作系统内核，内核将printf要打印的数据拷贝到内核空间，通过调用显示器驱动程序接口，将数据显示到显示器上。如下图所示：

图3-10本地主机IO请求示意图

上述应用程序IO请求是最常见的一种本地主机请求方式，在嵌入式系统开发过程中还存在一种半主机请求模式semihosting。

1  semihosting半主机调试

Semihosting技术将应用程序中的IO请求通过一定的通道传送到主机(host)，由主机上的资源响应应用程序的IO请求，而不是像在主机上执行本地应用程序一样，由应用程序所在的计算机响应应用程序IO请求，也就是将目标板的输入/输出请求从应用程序代码传递到远程运行调试器的主机的一种机制。简单来说，目标开发板上通常不会有输入/输出这些外设，开发板运行的代码想要将结果打印出来，或者获得用户的输入，可以通过请求远程主机IO设备来实现，如：显示器，键盘等。目标开发板执行代码中加入对输入/输出设备进行访问函数，如：printf,scanf等，这些函数并不是目标开发板的库函数，而是远程主机交叉编译器中带有的库函数，这些库函数被编译时，编译成一条软件中断指令。当目标开发板上电运行之后，执行到请求访问输入/输出设备指令时，产生特定中断号的软件中断SWI（软件中断SWI指令请3.5系统调用与软件中断SWI的实现章节），与开发板相连的调试器会先截获目标板SWI请求，由于开发板程序中也可能存在用户自定义软件中断，为了区分二者，调试器会根据SWI的软中断号来判断是不是semihosting模式IO请求，如果是，则取出R0寄存器里代表的具体请求号，然后使用远程主机来响应目标板具体IO请求，而不是开发板本身去处理setmihosting请求。

代表Semihosting模式软中断号：

l 0x123456（ARM模式）

l 0xab（Thumb模式）

具体semihosting请求，通过寄存器R0里的值决定。

semihosting仅仅是一种调试手段，它的工作原理就是利用调试器捕捉目标环境运行过程中产生的值为0x123456的SWI中断，然后向远程主机调试环境发送对应的调试信息。也就是说目标开发板通过特定的软件中断指令，借用了远程主机的输入输出设备实现IO请求的访问。如下图所示。对于脱离调试环境开发板上运行的应用代码来说，是没有该机制的，也就是说是nonsemihost类型IO请求。

图3-11 Semihosting远程主机IO请求（一）

图3-12 Semihosting远程主机IO请求（二）

        Semihosting实验

Semihosting控制LED灯实验

initstkhp.s：堆栈初始化函数

        AREA initstkhp, CODE, READONLY

        EXPORT __user_initial_stackheap          ; 导出__user_initial_stackheap符号

__user_initial_stackheap                                              ; 堆栈设置入口函数

        LDR r0, =0x31000000                                      ; 堆地址为0x31000000

        LDR r1, =0x33000000                                      ; 栈地址为0x33000000

        mov PC, LR

        END

 

main.c：

本程序首先初始化LED控制寄存器，使用标准C库里的printf，scanf分别在AXD终端窗口打印信息和获得用户键盘输入，根据用户输入数字，点亮对应的LED灯。

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

 

#define       GPBCON           (*(volatile unsigned long *)0x56000010)

#define       GPBDAT            (*(volatile unsigned long *)0x56000014)

#define      LEDS              (1<<5|1<<6|1<<7|1<<8)

 

int main()

{

int i;

   GPBCON     = 0x00015400;

   while (1)

   {

       printf("please input led number: ");

       scanf("%d", &i);                                                            // 取得用户输入

       switch (i)

       {

           case 1:                                                                   // 输入1，点亮Led1

                GPBDAT=(GPBDAT&(~LEDS)) | (1<<6|1<<7|1<<8);

                printf("led1 on/n");

                break;

           case 2:                                                                   // 输入2，点亮Led2

                GPBDAT=(GPBDAT&(~LEDS)) | (1<<5|1<<7|1<<8);

               printf("led2 on/n");

                break;

           case 3:                                                                   // 输入3，点亮Led3

                GPBDAT=(GPBDAT&(~LEDS)) | (1<<5|1<<6|1<<8);

                printf("led3 on/n");

                break;

           case 4:                                                                   // 输入4，点亮Led4

                GPBDAT=(GPBDAT&(~LEDS)) | (1<<5|1<<6|1<<7);

                printf("led4 on/n");

                break;

           default:

                  printf("input error, please input 1 to 4/n");

                break;

           }

     }

}

 

总结：

Semihosting半主机调试模式，只能使用在开发板和调试主机通过仿真器连接的情况下，也就是说脱离了主机调试环境上述代码不能正常运行。目标开发板上执行的IO实际上是交给了远程主机来处理实现，正是因为如此，这种方式只适合在调试模式下，真正的嵌入式系统不可能依赖于主机实现IO处理的，嵌入式系统要想独立出来实现IO请求的处理，这就需要将输入输出库函数的底层相关硬件实现重定向。