嵌入式系统仿真集成开发环境SkyEye

　　SkyEye

　　SkyEye是一个在Linux和 Windows平台上实现纯软件仿真的集成开发环境，它基于GPL协议，可在SkyEye上运行Linux、mClinux以及mC/OS-II 等多种嵌入式 *** 作系统和各种系统软件(如TCP/IP、图形子系统、文件子系统等)，并可对它们进行源码级的分析和测试。

　　SkyEye作为指令级仿真器，可以仿真多种嵌入式开发板，支持多种CPU指令集，在SkyEye上运行的 *** 作系统意识不到它是在一个虚拟环境中运行，而且开发人员可以通过SkyEye调试 *** 作系统和系统软件。由于SkyEye的目标不是验证硬件逻辑，而是协助开发、调试和学习系统软件，所以在实现上SkyEye与真实的硬件环境相比有一定差别。在时钟节拍的时序上，SkyEye不保证与硬件完全相同，并简化了对软件透明的一些硬件仿真，这样可以提高SkyEye的执行效率。

　　在32位嵌入式CPU领域中，ARM系列CPU所占比重相当大，因此SkyEye首先选择了ARM CPU核作为仿真目标CPU核。SkyEye可用于学习、分析、开发Linux、mClinux、mC/OS-II *** 作系统内核和TCP/IP实现，了解ARM嵌入式CPU编程，而这一切都可在一个集成环境中完成。如果能够改进SkyEye本身，则大家对ARM、8019 ethernet网络芯片等硬件的了解也会更深入。由于SkyEye与GDB可以无缝结合，开发者可以方便地使用GDB提供的各种调试手段对SkyEye仿真系统上的软件进行源码级调试，还可以进行各种分析，如执行热点分析、程序执行覆盖度分析等。

　　SkyEye技术分析

　　SkyEye实现的硬件仿真

　　* CPU和开发板系列

　　目前SkyEye可以仿真的CPU主要是基于ARM内核的CPU，包括ARM7TDMI、StrongARM、ARM720T、ARM9TDMI、ARM9xx、ARM10xx、Xscale、Ateml91x40、EP7312等。

　　目前SkyEye仿真的开发板包括基于Atmel91x40、EP7312和StrongARM的adsbitsy开发板，以及基于XScale PXA250的lubbock开发板。主要仿真了对应各个开发板的串口、时钟、RAM、ROM等硬件外设。

　　* 存储器管理单元和缓存单元

　　MMU即存储器管理单元，是用来管理虚拟内存系统的硬件。MMU的两个主要功能是：将虚拟地址转换成物理地址;控制存储器的存取权限。MMU关掉时，虚拟地址直接输出到物理地址总线。MMU本身有少量存储空间存放从虚拟地址到物理地址的匹配表，此表称作TLB。为了支持仿真多种类型CPU的MMU/Cache，SkyEye包含了一个通用的MMU/Cache仿真实现。通过对一些参数的调整可以支持仿真多种类型的MMU/cache物理结构和逻辑行为。

　　* 网络芯片

　　目前SkyEye仿真了8019as网络芯片，其特点是：NE2000兼容，内建 16K RAM缓冲区，10MB传输速率。开发板上可以加入网络芯片8019as，再加上不同 *** 作系统上的8019as驱动程序，可以完成各种网络应用设计开发。目前已经在在基于Atmel91x40的开发板上实现了网络芯片8019as扩展，并增加了mC/OS-II和mClinux的网络驱动程序，支持大量的网络应用程序，如lwip、nfs server/clinet、http server/client、telnet server/client、ftp server/client等。

　　SkyEye总体结构

　　SkyEye基于GDB /armulator，可以仿真完整的嵌入式计算机系统，目前包括CPU、内存、I/O寄存器、时钟、UART、网络芯片，将来还会有MMU、Cache、LCD、USB等各种硬件。

　　SkyEye从总体上分为以下四个层次。

　　用户接口模块：处理用户的输入命令，并把相关调试数据输出给用户。

　　符号处理模块：主要处理执行文件的头信息，解释执行文件中内嵌的debuger调试信息，以及对符号表的管理和对源代码表达式的解析，并定位源代码中的语句位置和机器码的位置关系等。

　　目标控制模块：主要完成执行控制(如中断执行，中断条件的设置等)、程序栈结构分析，以及对具体目标硬件的控制(如本地调试、远程调试和仿真调试的控制)。

　　目标仿真模块：仿真主要硬件的执行，对执行文件的机器指令进行解释，并仿真执行每一条机器指令，产生相应的硬件响应。