引言
GNU免費提供了一整套工具鏈，為嵌入式Linux程序的開發和調試提供了完整的支持。其強大的gdb調試工具可以方便地對嵌入式平臺上的程序進行跟蹤調試；而Linux下強悍的VIM編輯器，不僅可以方便地調用make文件對代碼進行編譯，而且通過腳本的配置還可輕松地成為高效的代碼編輯環境。流傳著這樣一種說法，“世界上的程序員分三種，一種使用Emacs，一種使用VIM，剩余的是其他。”不去辯論這句話的對與錯，單純從字面意義上來理解，也足見VIM的魅力了。因此，在VIM中實現對嵌入式軟件的調試，我們便得到了一個高效、穩定的嵌入式Linux的開發環境。
1 gdb對嵌入式軟件的調試模式
許多非Linux的嵌入式系統已經在使用gdb與gdb stub對目標板進行遠程“交叉調試”；然而，因為Linux內核實現了ptrace（）系統調用，所以在對嵌入式應用程序進行調試的時候并不需要gdb stub，而采用gdb套件提供的gdb服務器來對目標板上的嵌入式應用程序進行調試。
目標板上的gdb服務端gdbserver與主機上的gdb調試器的通信方式主要有兩種：使用串口通信的“交叉串行連接”和使用網口的“TCP/IP”聯機。鑒于PC端的方便性以及串口資源有限，尤其是現在的筆記本電腦甚至已經不存在串口，所以，大多采用TCP/IP方式，即PC主機與目標板通過網線直連或者PC機與目標板通過路由或者hub等組成局域網通信。這種調試模式如圖1所示。
2 在VIM中實現對嵌入式軟件的調試
我們知道，gdb的功能雖然強大，但由于其基于命令行的操作，所以調試過程不直觀，而且Windows下的調試環境集調試與代碼編輯為一體，當出現bug的時候，可以方便地對源代碼進行修改，相比而言，gdb在這方面又有些失色。既然VIM和gdb的功能如此強大，又完全免費，而且完全適合嵌入式這種特殊的開發模式，那么有沒有將二者強強聯合的方法呢？有，那就是vimgdb。
vimgdb是給VIM提供一個可選特性的補丁。它可以在VIM編輯器里提供完整的gdb調試器支持，比如設置斷點、查看變量值、gdb命令補全等等，并且這些操作可以在VIM中直觀地顯示出來。下面闡述在VIM中實現對嵌入式軟件調試的具體過程。
2.1 系統環境及所用軟件包版本
PC操作系統：Ubuntu8.10。
PC編譯器：GNU gcc4.3.1。
圖1 TCP/IP聯機的嵌入式軟件調試模式
PC調試器：GNU gdb6.8。
目標板Linux內核：2.6.13。
目標板CPU：S3C2440（ARM9架構）。
交叉編譯器：armlinuxgcc3.4.1。
交叉調試器：自編譯GNU gdb6.8。
目標板gdb服務端：自編譯 GNU gdbserver6.8。
跨平臺開發工具路徑：~/buildtools/armlinux，且已經設置好系統路徑變量。
測試代碼及程序路徑：~/test，包含程序代碼test.c及Makefile。
所用軟件包存放路徑：~/down。
所用軟件包：VIM編輯器源碼vim7.1.tar.bz2、vimgdb711.13.tar.gz、GNU gdb源碼gdb6.8.tar.bz2。
2.2 對VIM源碼打vimgdb補丁并編譯安裝
① 運行下面的命令，解壓VIM源碼及vimgdb補丁文件，并對VIM源碼打補丁：
cd ~/down
tar jxvf vim7.1.tar.bz2
tar zxvf vimgdb711.13.tar.gz
patch d vim71 backup p0 < vimgdb/vim71.diff
② 運行下面命令，對VIM編譯器進行編譯和安裝：
cd ~/down/vim71/src
make
make install
執行完上述操作后，VIM將會被安裝在/usr/local路徑下。如果想修改安裝路徑，可在上述的編譯安裝前，打開~/down/vim71/src/Makefile文件的862行安裝路徑選項并修改。如將VIM安裝在/usr路徑下，則將 862 #prefix = $（HOME）修改為862 prefix = /usr。
③ 安裝vimgdb的runtime文件，運行下面的命令：
cd ~/down/vimgdb
tar zxfv vimgdb_runtime.tgz C /usr/share/vim/vimfiles
2.3 建立交叉調試嵌入式軟件的gdb組件
① 編譯嵌入式gdb調試器服務端gdbserver，運行如下的命令：
cd ~/down/gdb6.8/gdb/gdbserver
./cONfigurehost=armlinux target=armlinux
CC=armlinuxgcc make
將當前目錄下的gdbserver拷貝到目標板文件系統的/bin目錄下，以備交叉調試用。
② 編譯安裝交叉調試器gdb，運行如下命令：
cd ~/down/gdb6.8
./configure target=armlinux prefix=/home/popeye/buildtools/armlinux/
注意，這里的prefix的值必須填寫絕對路徑，而不能用“ ~”來替代用戶路徑/home/popeye，否則會提示prefix路徑賦值錯誤。然后運行：
make
這個過程中，可能會出現圖2所示的錯誤。
出現這種情況的原因是，編譯規則中選擇了警告選項“Werror”。它會將所有的警告轉變為錯誤，而且出現的有關“getwd”函數的提示信息表明，這里編譯器檢測到的應該是一個“警告”，而不是真正的語法錯誤。所以，需改正編譯選項：
cd~/down/gdb6.8/gdb
gedit Makefile
注意，此處的Makefile是在執行完上述的make命令后才產生的，在最初的代碼包里不含有這個文件。對文件的145行進行修改，去掉WERROR_CFLAGS的賦值，即將“145 WERROR_CFLAGS = Werror”修改成“145 WERROR_CFLAGS =”。然后：
cd ~/down/gdb6.8
make
make install
圖2 make過程中的錯誤提示
最后進入~/buildtools/armlinux/bin中，發現交叉調試器armlinuxgdb已經存在了。
2.4 在VIM中實現對嵌入式軟件調試前的準備
在嵌入式軟件開發過程中的習慣做法是： 首先，在PC機上編譯調試程序，如果在PC機上運行正常，再進行交叉編譯。然后，將軟件移植到目標板上，如果在目標板上出現bug，再用交叉調試器armlinuxgdb進行調試。
簡而言之，對嵌入式軟件的調試過程包含兩個部分：PC機上調試部分和嵌入式平臺上的調試部分。在這個過程中，可能既用到PC機上的調試器gdb，又用到交叉調試器armlinuxgdb，而對應的是同一個源代碼程序和運行在不同平臺上的兩個可執行程序。同時涉及兩個調試器轉換的問題，但vimgdb只能對字符串為“gdb”的系統命令進行調用。
下面，將這個比較困難的問題簡單化：
① 編輯適用的Makefile，控制生成對應不同平臺的可執行程序：
cd ~/test
其中，test.c為實驗代碼，Makefile為編譯規則，我們簡單編寫Makefile的內容為：
testpc: test.c
gcc g Wall o testpc test.c
testem: test.c
armlinuxgcc g Wall o testem test.C
當執行“make testpc”命令時，就會生成可運行在PC機上的可執行程序；執行“make testem”則生成可運行在嵌入式目標板上的可執行程序。
② 修改vimgdb的快捷鍵映射腳本，在VIM中實現PC調試器與交叉調試器的輕松切換。
首先，針對vimgdb只能對字符串為“gdb”的系統命令進行調用，做如下的工作：
mv /usr/bin/gdb /usr/bin/gdbpc
cd ~/buildtools/armlinux/bin
ln s /usr/bin/gdbpc gdb
由于已經將~/buildtools/armlinux/bin添加到了系統路徑里面，所以執行完上述操作后，在任何時候，運行“gdb”命令時，真正運行的調試器取決于這里gdb所連接的調試器。
其次，編輯文件/etc/vim/macros/gdb_mappings.vim。主要修改和添加的部分為：
a. 添加調試器轉換函數，并設置轉換開關為大寫“E”鍵（Shift+E實現）：
let s:emOS_k = 1
nmap
function! s:emOS（）
if s:emOS_k
let s:emOS_k = 0
exec ":!ln sf ~/buildtools/armlinux/bin/armlinuxgdb ~/buildtools/armlinux/bin/gdb"
echohl ErrorMsg
echo "NOW! Gdb is ready for Embedded System !!!"
echohl None
else
let s:emOS_k = 1
exec ":!ln sf /usr/bin/gdbpc ~/buildtools/armlinux/bin/gdb"
echohl ErrorMsg
echo "Gdb is ready for PC,, Now"
echohl None
endif
Endfunction
b. 在語句if s:gdb_k行下添加代碼：
nmap
nunmap E
即在進入調試狀態后，屏蔽掉調試器轉換快捷鍵E，并設置快捷鍵F8來顯示變量值監測窗口。
c. 在let s:gdb_k = 1行下添加代碼：
exec ":!ln sf /usr/bin/gdbpc ~/buildtools/armlinux/bin/gdb"
nmap
即在退出調試狀態后，還原gdb命令為gdbpc的調用，并還原“E”的調試器轉換開關作用。
d. 在/etc/vim/vimrc中添寫語句：
run macros/gdb_mappings.vim
使得啟動vim后，便會在vim中啟動對gdb進行調用的快捷鍵映射。
至于在gdb_mappings.vim中具體設定的其他快捷鍵，由讀者自己分析或設定即可。
2.5 在VIM中對嵌入式軟件進行調試
下面設定目標板上的嵌入式軟件調試時所用的快捷鍵： E為調試器轉換開關；F9為進入調試模式；F8為開啟變量監視窗口；空格鍵為開啟命令行輸入窗口；調試模式為PC通過超級終端對嵌入式目標板進行輸入輸出，Ubuntu8.10通過TCP/IP方式對嵌入式軟件進行調試；PC機Linux IP為222.31.51.147；目標板IP為222.31.51.180；調試連接端口為1234。
① 用VIM打開~/test/test.c，運行命令“：make testem”，將生成的testem文件拷貝到嵌入式平臺的文件系統下，并在嵌入式平臺運行命令，指定等待連接的交叉調試器地址、連接端口以及要調試的嵌入式程序：
gdbserver 222.31.51.147:1234 testem
嵌入式端會出現如下的類似提示信息，進入等待連接狀態：
Process testem created; pid = 801
Listening on port 1234
② 按下大寫“E”鍵（Shift+按鍵E），根據VIM窗口下方的提示信息，確定所選調試器。
提示信息為“NOW！ Gdb is ready for Embedded System!!!”或者“Gdb is ready for PC,, Now”。
③ 按下F9，在出現的命令窗口輸入命令“file testem”后，會在VIM中的另一個窗口出現以下類似的調試信息：
GNU gdb 6.8
Copyright （C） 2008 Free Software Foundation, Inc.
……
This GDB was configured as "host=i686pclinuxgnu target=armlinux".
（gdb） file testem
Reading symbols from /home/popeye/test/testem…done.
（gdb）
可以發現，在VIM中已經成功調用交叉調試器armlinuxgdb了。以后的調試命令，都是通過先按下空格鍵，調出命令窗口，輸入命令，回車后傳遞給調試器。
按下空格，在命令窗口輸入命令，連接嵌入式目標板端：
target remote 222.31.51.180:1234
此時，VIM中的調試信息窗口出現信息：
（gdb） target remote 222.31.51.180:1234
Remote debugging using 222.31.51.180:1234
[New Thread 801]
0x40000dd0 in ?? （） from /lib/ldlinux.so.2
（gdb）
而在嵌入式端出現提示信息：
ProcESS testem created; pid = 801
Listening on port 1234
Remote debugging from host 222.31.51.147
至此，PC交叉調試器與嵌入式軟件的連接完成，現在可以在VIM中對程序運行進行例如斷點一類的設置動作；而嵌入式軟件的輸入輸出，需要在嵌入式端來完成。這里先通過命令對代碼設置斷點，然后用命令continue繼續程序運行（注意，這里不用run開始，因為當調試器與嵌入式端連接完成時，被調試的嵌入式軟件已經開始運行），用命令next對程序實現步進調試。調試過程中的VIM如圖3所示。
圖3 正在進行交叉調試的VIM
圖中測試代碼要實現的是讓用戶輸入5個數，然后經過排序后輸出。對應的輸入輸出在嵌入式端體現出來。對應圖3，此時在嵌入式端需要進行輸入動作：
Listening on port 1234
Remote debugging from host 222.31.51.147
Enter 10 numbers:
a[0]=25
a[1]=56
a[2]=……
從圖3中可以直觀地看清斷點設置在哪里，程序現在步進到哪里。當程序第一次運行到圖3中的17行時，按下F8鍵，開啟變量值觀測窗口，然后先后執行3個命令“cr i”、“cr j”、“cr a[i]”，這樣，就可以在變量觀測窗口實時地監測變量的數值了，如圖4所示。
圖4 帶實時變量值監測窗口的VIM
這種調試方式提供對gdb所有命令功能的支持，而且當發現bug時，可以通過q命令終止調試，然后按F9跳出調試模式，就可以繼續對源代碼進行修改。
至于在這之前的嵌入式軟件在本地PC機上的調試，其過程比起調試運行在嵌入式設備上的軟件來講，只少了個遠程連接的過程，其余調試過程都一樣。至此，實現了在VIM中對嵌入式軟件的調試。
3 結語
嵌入式Linux系統的廣泛應用，對嵌入式軟件開發和調試環境的效率提出了更高的要求。GNU所提供的支持交叉編譯與調試的工具鏈是一個很好的選擇，尤其是其中的gdb調試工具完全滿足嵌入式軟件“交叉編譯”的這種特殊需要；而且，功能強大的VIM編輯器又可實現對gdb調試器的整合，從而在VIM中實現了對嵌入式軟件的調試功能。通過上面的實例可以看到，在VIM中對嵌入式軟件進行調試更加直觀和高效，從而也促使嵌入式軟件的開發效率得到了質的提高。
