基于Eclipse的开发环境中调试器设计与实现

摘 要：调试功能是软件集成开发环境中最重要也是最复杂的功能之一，调试功能的完善与否很大程度上决定了一个集成开发环境的优劣。作为一个大型软件集成开发环境的一部分，为了实现其调试功能，这里通过简要分析Eclipse CDT的调试机制，设计并实现了一个应用于基于Eclipse CDT的嵌入式开发环境的调试器，其中实现了一系列调试功能如断点设置、单步执行、源代码搜索以及变量、内存和寄存器查看等，为整个集成开发环境的实现打下了基础。
关键词：Eclipse；CDT集成开发环境；调试功能；调试器

O 引 言
在软件开发过程中，程序出现错误在所难免。无论是普通软件还是嵌入式软件，调试器都是开发过程中不可缺少的工具。
“调试器”是用于跟踪程序执行情况，快速有效地定位错误产生的位置，从而找到引起错误的原因，并将其消除的工具。调试功能是开发环境中最重要、也是最复杂的功能之一，其好坏在很大程度上决定了一个开发环境的优劣。调试是一个从错误现象出发，通过某种手段寻找错误代码的过程。调试的基本原理是在发现程序运行的错误后，设法再现程序的执行过程，并获取程序执行中的有关信息，通过对这些信息的分析，逐步找到引起错误的原因。循环调试是最基本的调试模型；循环调试的意思是反复运行程序，利用打印输出、断点、单步等技术，观察程序状态，控制程序运行，逐渐逼近错误代码；循环调试的前提是程序运行是确定的，即对同样的输入，程序的执行过程是相同的。串行程序具有确定性。
调试的基本行为有观察、控制与修改。观察是对程序的执行状态进行察看，包括处理机状态、进程状态和数据状态等；控制即控制程序的执行过程，例如设断点、单步执行等；修改就是改变程序的运行状态，如修改变量的值、修改指令计数器、修改状态寄存器等。调试器在不同程度上支持这3种行为的综合使用。
经典的调试手段有断点(Break Pointing)、跟踪(Tracing)、断言(Assertion)、分析(Analysis)、打印输出等。在源程序级支持图形化的用户界面使得调试工作更加容易进行。对于实时程序或专用机上的程序还常采用模拟手段进行调试。

1 CDT的调试机制解析
CDT提供了4个插件用于实现调试功能。这几个插件对于GDB调试器进行操作，并且应用GDB提供的MI接口进行通信。这四个插件分别为org．eclipse．cdt.debug．mi.cote插件，用以实现GDB的MI接口功能及GDB调用功能；org.eclipse.cdt.debug.mi.ui插件，主要用于实现GDB的相关设置选项界面；org．eclipse.cdt.debug.core插件，用于实现CDT的调试模型，包括用串口调试，用网卡调试，设置波特率等功能；org.eclipse.cdt.debug.ui插件，用于实现界面显示功能，包括调试视图，调试动作等，比如单步调试，设置断点，下载，运行程序等调试功能。它们之间的关系如图1所示。

标准的调试模型并不能代表所有的体系结构，像嵌入式硬件结构是不同的，有可能是多个处理器的不同应用，也可能包括DSP处理器的应用。CDT平台支持将非标准的调试器集成到平台的视图和动作中。调试器围绕着活动调试上下文进行操作，活动调试上下文是在调试视图中选择的一帧或者一个线程，这个上下文驱动了源代码搜索，变量和寄存器显示，以及动作使能等操作。它们之间的关系如图2所示。

2 调试器的详细设计
2．1 断点设置
调试器提供的断点依赖于调试系统所具有的能力，以及应用这些能力可以构建的集合功能。例如，用行断点实现运行到行，实现条件断点等。
断点属性保存在标记中，平台提供接口IMarker，作为文件中的一般目的标记。标记是原始数据类型键值对的存储。平台提供接口IBreakpoint实现断点行为。为了实现复杂的断点行为，调试器需要提供IBreakpoint的实现。所有的断点都有一个相关的标记保存属性和在编辑器中显示，提供和断点类型相关的标记扩展点。如果需要断点被保存，需要指定persistent为true。其内容如下：