浅谈某软硬结合的嵌入式系统远程调试方法

1 基本方法
　　图1（a）是传统的嵌入式调试方法：主机PC通过串口与从机嵌入式系统相连，接收从嵌入式系统发来的调试信息并向嵌入式系统发送调试指令，主机和从机之间只能有几米或者几十米的距离。图1（b）是现在比较流行的远程嵌入式调试方法：主机PC和从机嵌入式系统分别通过以太网连接到网络上，主机通过诸如Telnet之类的协议向嵌入式系统接收调试信息和发送指令。本文介绍的方法是将这两者结合起来，位于远端的嵌入式系统与其相邻的PC2通过串口相连，主机PC1和从机PC2各自通过以太网连接到网络上，主机PC1仍然通过Telnet协议（使用Windows自带的“超级终端”程序）与从机PC2通信，在从机PC2上运行一种我们设计的软件Telent2com，其将Telnet协议转换成串口的数据收发。为了能够更好地完成对远端的嵌入式系统的控制，还使用了Telnet协议中特殊的控制命令来通过串口的额外控制线和一定的硬件电路完成对嵌入式系统，如电源和I/O输入的控制，如图1（c）所示。
　　
　　使用这种方法单从嵌入式系统的角度来说，基本上没有增加任何额外的电路和成本，仍和第一种方法一样对外使用串口进行通信。虽然增加了一台额外的PC机，但是对于那些在正常工作中不需要使用网络，只在测试和调试时需要使用网络来完成调试和更新固件的嵌入式系统来说，这台额外的PC机只能算作是一个调试工具。
　　此外，由于增加了通过网络完成对嵌入式系统的电源和I/O输入的控制，相对于第2种方法，即使在调试中嵌入式系统由于某种原因死机了，仍能从远端通过控制电源，使系统上电复位;而对系统I/O输入的控制，则可以更好完成模拟系统与外界的交互模拟。
　　整个系统的工作由两部分构成：① Telnet到串口之间通信协议转换的PC端程序;② 使用串口控制线控制嵌入式系统电源和I/O输入的接口电路。
　　2 接口电路的设计
　　接口电路主要是完成将串口RXD和TXD以外的控制线（如RTS、CTS等）对嵌入式系统电源或者I/O输入进行控制。为了防止嵌入式系统可能对PC串口的影响，采用图2所示的电路。通过使用光耦来达到PC串口和嵌入式系统之间的电气隔离，通过使用继电器能够控制不同电压的电源和不同电平的信号。
　　
　　3 Telnet到串口转换的软件
　　Telnet是一种最基本的网络应用层协议，其通信协议由RFC0854定义。它是建立于TCP协议之上的用于传送数据和控制信息的协议。在默认情况下，其使用TCP端口23。最初设计它的目的，是为建立一种基于网络的串行终端仿真协议。这也正是为什么可以使用Telnet协议传送串口数据的原因。
　　通过Telnet传送的数据基本以原来的格式（如果是0xFF数据，则以两个0xFF表示）填充到TCP消息的有效数据载荷区。对于控制信息（如转入二进制模式命令，以及我们自定义的控制电源和I/O的命令）则通过在控制命令前加IAC转意字符（0xFF）方式混杂在普通数据中传送。这样就可以避免像FTP协议使用额外的端口来传送控制信息的必要，降低程序的复杂度。