SPARC高性能處理器集成開發(fā)環(huán)境及其編譯器設(shè)計與實現(xiàn)

　　引言

　　今天嵌入式系統(tǒng)開發(fā)不再局限于只能由相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的專家來完成，各種優(yōu)秀集成開發(fā)環(huán)境(IDE)可大大降低工程人員的開發(fā)門檻[1]，使嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)變得相對簡單。目前，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)使用的開發(fā)平臺多種多樣，從ARM公司的SDT到ADS，再到RVDS，以及風(fēng)河公司的Tornado和其他公司提供的各種專用開發(fā)工具;這些IDE一般都是由文件管理器、編譯器、匯編器、鏈接器、調(diào)試器等組件和工具組成。在這些開發(fā)環(huán)境中，編譯程序起著核心作用，鏈接程序、調(diào)試程序、程序管理等工具直接依靠編譯程序所產(chǎn)生的結(jié)果工作，而且其它工具的構(gòu)造也常常要用到編譯的原理、方法和技術(shù)，因此，IDE與編譯器是密不可分的。

　　本文針對空間SPARC高性能處理器的IDE及其C編譯器進(jìn)行研究，從而完成SPARC處理器的軟件開發(fā)環(huán)境的設(shè)計和實現(xiàn)。

　　處理器體系構(gòu)架

　　空間SPARC高性能處理器是一款SPARC v8兼容[1-3]的高性能SoC(圖1)，它在片上包含整數(shù)處理單元、浮點處理單元、獨立的指令和數(shù)據(jù)Cache、硬件乘法器和除法器等，具有支持PROM、SM、SDM和I/O映射空間訪問的外部存儲器控制器，并有軟件可控的省電工作模式，還有可實現(xiàn)PCI主機(jī)橋(Host bridge)和從屬橋(Guestbridge)功能的PCI控制器等，只要加上存儲器和與應(yīng)用相關(guān)的外圍電路，就可以構(gòu)成完整的單板計算機(jī)系統(tǒng)。

　　集成開發(fā)環(huán)境

　　好的IDE可以提供設(shè)計、仿真、驗證、分析、并行開發(fā)的能力，嵌入式系統(tǒng)IDE更是整合了各方資源于一身。由于系統(tǒng)設(shè)計的各個環(huán)節(jié)彼此之間是相互聯(lián)系的，設(shè)計的好壞要在仿真和驗證后才知道，仿真驗證的數(shù)據(jù)又可以反過來指導(dǎo)設(shè)計，所以單純的隔離設(shè)計并不一定合理，集成環(huán)境可使設(shè)計者和驗證者共享數(shù)據(jù)，彼此之間協(xié)同工作。

　　總體設(shè)計

　　SPARC嵌入式IDE能提供給系統(tǒng)開發(fā)工程師一個比較完備的、易用的開發(fā)工具(圖2)，主要功能如下：應(yīng)用程序開發(fā)，包括編輯、編譯;應(yīng)用程序調(diào)試;軟件工程管理;軟件仿真環(huán)境;操作系統(tǒng)配置管理;集成環(huán)境配置管理。

　　集成開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)

　　作為高性能控制SPARC高性能處理器的專用集成開發(fā)環(huán)境，設(shè)計實現(xiàn)了軟件開發(fā)環(huán)境SPE-C(圖3)，使用C語言作為編程語言，運用SPARC V8平臺適用的BMSPARC編譯套件，能在本地Win32的環(huán)境下運行。它具備集成開發(fā)環(huán)境所有必要的功能，包括集成的源代碼編輯、工程管理、編譯調(diào)試、環(huán)境設(shè)置等功能，方便用戶基于SPARC v8兼容處理器的應(yīng)用開發(fā)和程序調(diào)試。它還具有一般開發(fā)環(huán)境所具有的易用性和方便性。調(diào)試部分功能包括斷點、逐語句/過程運行、查看和修改寄存器/存儲器/片上寄存器、指令跟蹤等，實現(xiàn)了調(diào)用棧和變量的查看等。

　　BMSPARC編譯器

　　BMSPARC是基于GNU工具鏈并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的一款編譯器套件。其中編譯器是將一種語言編譯成為另一種語言的計算機(jī)程序，該程序以源語言編寫的程序作為輸入，翻譯生成等價的目標(biāo)語言程序。編譯器可分成只依賴于源語言的編譯器前端和只依賴于目標(biāo)語言的編譯器后端兩大部分。前端主要對源代碼進(jìn)行掃描、語法分析和語義分析，生成中間代碼;而后端主要是優(yōu)化器和代碼生成器。在進(jìn)行基于SPARC的嵌入式軟件系統(tǒng)開發(fā)之前，要先建立交叉編譯環(huán)境。目標(biāo)機(jī)的交叉編譯環(huán)境是一個由編譯器、鏈接器和解釋器組成的綜合開發(fā)環(huán)境，主要由 binutils、gcc 和glibc 幾個部分組成。有時出于減小libc 庫大小的考慮，也可以用別的 c庫來代替 glibc，例如 uClibc、dietlibc和 newlib。建立一個交叉編譯工具鏈?zhǔn)且粋€復(fù)雜的過程，交叉編譯器的最終成功運行，取決于很多因素，包括：主機(jī)系統(tǒng)配置、GNU工具版本配合、參數(shù)配置、庫選擇等，一個成功的、穩(wěn)定的交叉編譯環(huán)境是需要花費大量時間的，幸運的是現(xiàn)在針對很多處理器都有比較成熟和穩(wěn)定的編譯配置。