摘要： 在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)領(lǐng)域，MCU（微控制器）的應(yīng)用日益廣泛，其性能優(yōu)化對于提高整個系統(tǒng)效率至關(guān)重要。廈門國科安芯科技有限公司推出的AS32系列芯片，憑借卓越的性能和豐富的功能，獲得了市場的高度認可。本文將深入探討在Eclipse環(huán)境下，通過優(yōu)化調(diào)試流程來提升AS32芯片的調(diào)試效率，旨在為技術(shù)開發(fā)人員提供專業(yè)、實用的指導(dǎo)，助力企業(yè)在激烈的市場競爭中保持優(yōu)勢。

一、引言

AS32系列芯片支持多種工具鏈，其中IAR工具鏈以其出色的編譯優(yōu)化能力而著稱，但高昂的價格讓許多企業(yè)望而卻步。相比之下，基于Eclipse+GCC+JLINK的免費調(diào)試方案為開發(fā)人員提供了一種性價比極高的選擇。Eclipse作為一款廣受歡迎的集成開發(fā)環(huán)境，憑借其強大的功能和良好的可擴展性，在嵌入式開發(fā)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。GCC工具鏈以其開放源碼、跨平臺等優(yōu)勢，為開發(fā)者提供了靈活的編譯解決方案。而JLINK調(diào)試器則是 SEGGER 公司推出的一款高性能調(diào)試工具，廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。三者的結(jié)合，為企業(yè)提供了一種高效、免費的調(diào)試方案，具有重要的實際應(yīng)用價值。本文將對這一調(diào)試方案進行詳細闡述，從環(huán)境搭建、工程配置到調(diào)試過程優(yōu)化，全方位提升AS32芯片的調(diào)試效率。

二、開發(fā)環(huán)境搭建

（一）平臺資源準備

硬件設(shè)備

PC ：鑒于操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性和兼容性，推薦使用 Windows 10 操作系統(tǒng)。

AS32 開發(fā)板 ：作為調(diào)試的目標硬件平臺，需確保其與 JLINK 調(diào)試器兼容。

JLINK 調(diào)試器 ：選擇適合 AS32 芯片的 JLINK 調(diào)試器型號，確保其驅(qū)動程序與操作系統(tǒng)匹配。

軟件資源

Eclipse IDE ：選用 Eclipse IDE 2025 - 03（4.35.0）版本，該版本在功能和兼容性方面表現(xiàn)出色，能夠為開發(fā)人員提供良好的開發(fā)體驗。

ansilic_Toolchain ：從國科安芯官網(wǎng)下載 ansilic_Toolchain，該工具鏈包含 GCC 編譯工具鏈、OpenOCD 以及相關(guān)配置文件，是實現(xiàn)免費調(diào)試的關(guān)鍵組件。

AS32 驅(qū)動庫 ：同樣在國科安芯官網(wǎng)下載，驅(qū)動庫為開發(fā)板上的硬件設(shè)備提供了必要的驅(qū)動程序，確保芯片能夠正常工作。

Zadig - 2.7.exe ：用于配置 JLINK 驅(qū)動，將其轉(zhuǎn)成 WinUSB 格式，以實現(xiàn)調(diào)試器與 PC 的穩(wěn)定通信。

（二）JLINK 驅(qū)動配置

在開始工程創(chuàng)建之前，對 JLINK 驅(qū)動進行正確配置至關(guān)重要。將 JLINK 調(diào)試器接入電腦的 USB 端口后，打開 Zadig - 2.7.exe 軟件。在軟件界面中，選擇 “Options” 選項，勾選 “List All Devices” 以列出所有設(shè)備。此時，界面中會出現(xiàn) JLINK 設(shè)備。接下來，將 JLINK 轉(zhuǎn)成 WinUSB 格式，完成驅(qū)動配置。這一過程確保了調(diào)試器與 PC 之間的數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠，為后續(xù)的調(diào)試工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。

三、工具鏈介紹

（一）GCC 編譯工具鏈

GCC（GNU Compiler Collection）是一款廣泛應(yīng)用于嵌入式開發(fā)的編譯工具鏈。在 AS32 芯片的調(diào)試過程中，GCC 編譯器負責將開發(fā)人員編寫的源代碼編譯成芯片能夠執(zhí)行的機器代碼。其優(yōu)勢在于開放源碼，開發(fā)人員可以根據(jù)項目需求對其進行定制化修改；具備良好的跨平臺特性，能夠在多種操作系統(tǒng)上運行；同時，GCC 編譯器提供了豐富的優(yōu)化選項，能夠有效提高代碼的執(zhí)行效率。例如，通過調(diào)整優(yōu)化等級（-O1、-O2、-O3 等），開發(fā)人員可以在代碼大小和執(zhí)行速度之間取得平衡，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。

（二）OpenOCD

OpenOCD（Open - Source On - Chip Debugger）是一款開源的芯片調(diào)試工具，它在 Eclipse 與 JLINK 調(diào)試器之間起到了橋梁的作用。OpenOCD 負責與 JLINK 調(diào)試器進行通信，實現(xiàn)對芯片的控制和數(shù)據(jù)讀取。在調(diào)試過程中，OpenOCD 通過 JTAG 或 SWD 接口與芯片相連，將調(diào)試指令發(fā)送到芯片，并將芯片的響應(yīng)反饋給 Eclipse。其強大的調(diào)試功能使得開發(fā)人員能夠?qū)崟r監(jiān)測芯片的運行狀態(tài)，包括寄存器值、內(nèi)存內(nèi)容等，為故障排查和性能優(yōu)化提供了有力支持。

（三）工具鏈目錄結(jié)構(gòu)

為了方便管理和使用，建議將 ansilic_Toolchain 文件夾放置在 Eclipse 的安裝目錄下。這種目錄結(jié)構(gòu)安排使得在更換工程時，工具鏈的配置更加便捷。開發(fā)人員可以根據(jù)項目需求，靈活地在不同工程之間切換，提高開發(fā)效率。

四、工程配置

（一）創(chuàng)建工程

打開 Eclipse 后，點擊 “File->New”，選擇新建 C/C++ Project。在彈出的窗口中，選擇 “C Managed Build”，然后點擊 “Next”。在下一步界面中，輸入項目名稱，配置工程類型。將工程放置在指定目錄下，項目類型選擇 “Empty Project”，編譯鏈選擇 “RISC - V Cross GCC”。繼續(xù)點擊 “Next”，在下一步工程界面無需配置，直接點擊 “Next” 即可。在彈出的工程窗口中選擇工具鏈名稱，路徑選擇 ansilic_Toolchain 所在路徑，點擊 “Finish”，完成新工程的創(chuàng)建。這一過程為后續(xù)的代碼編寫和調(diào)試提供了基本的工程框架。

（二）目錄管理

手動管理目錄

右鍵工程名稱，選擇 “New->Folder”，創(chuàng)建子目錄 “Peripherals”，用于存放驅(qū)動文件。建議選擇創(chuàng)建虛擬文件夾，這樣不會將全部文件復(fù)制到目錄下，便于后續(xù)管理。以同樣的方式創(chuàng)建 “Core”（保存中斷入口和鏈接文件）、“Startup”（存放啟動文件）、“System”（存放開發(fā)人員自己編寫的延時函數(shù)和打印函數(shù)）、“User”（存放用戶文件）等目錄。

接下來需要向工程目錄中導(dǎo)入文件。右鍵目錄名，選擇 “Import”。在彈出的窗口中選擇 “General->File System”，點擊 “Next”。在新窗口中，選擇之前下載的 Drivers 目錄下對應(yīng)的文件夾，勾選需要添加的文件，無需勾選 h 頭文件，注意勾選 Advanced 下的全部選項。依次添加對應(yīng)目錄文件夾即可。對于 User 目錄，直接右鍵 “New->File” 創(chuàng)建即可。

自動創(chuàng)建

另一種更加簡便的方法是將國科安芯提供的 Driver 目錄下所有子目錄復(fù)制到工程目錄下。然后返回 Eclipse，右鍵工程名，選擇 “Refresh”，即可完成快捷導(dǎo)入。這種方法適用于希望快速搭建工程目錄結(jié)構(gòu)的開發(fā)人員，能夠節(jié)省大量的時間和精力。

（三）項目配置

右鍵工程名，選擇 “Properties” 工程屬性。在 “C/C++ Build->Settings->Tool Settings->Target Processor” 下，根據(jù)目標芯片的內(nèi)核，選擇 Target。在本例中，選擇 RV32I，其他參數(shù)按照推薦配置進行設(shè)置。點擊 “Optimization”，調(diào)整優(yōu)化等級，開發(fā)人員可根據(jù)項目需求自行決定是否進行優(yōu)化調(diào)整。

在 “C/C++ Build->Settings->Tool Settings->GNU RISC - V Cross Assembler” 選項中，配置 Cross 匯編編譯選項。在 “includes->Include paths” 選項中添加工程所需的 Assembler 頭文件路徑，如 Core 和 Startup 目錄。同樣，在 “C/C++ Build->Settings->Tool Settings->GNU RISC - V Cross C Compiler” 選項中，添加 C 語言頭文件路徑，例如 Drivers 驅(qū)動下的相應(yīng)目錄。

在 “C/C++ Build->Settings->Tool Settings->GNU RISC - V Cross C Linker” 配置 Cross C 鏈接選項。在 “General->Script files” 選項中添加 link.lds 文件，并勾選 “Do not use standard start files” 以及 “Remove unused sections”。在 “Miscellaneous” 選項下勾選 “Use newlib - nano” 及 “Do not use syscalls”。

此外，在 “C/C++ Build->Settings->Build Steps” 中，可添加命令生成 bin/hex 文件。例如，本例程命令是：riscv - none - embed - objcopy - O binary “led.elf” “l(fā)ed.bin”；riscv - none - embed - objdump - D “l(fā)ed.elf” > “l(fā)ed.dump”。更換工程時只需修改目標名稱即可。完成以上配置后，點擊 “Apply and Close”，即可開始編寫主函數(shù)，如實現(xiàn)一個簡單的流水燈功能，并在 User 目錄下新增 led.c 和 led.h 文件用于驅(qū)動 led 燈。

五、工程調(diào)試

（一）JLINK + OpenOCD 配置

在 Eclipse 菜單欄中，點擊 “Run->Debug Configurations”，進入 Debug 配置界面。使用 J - Link GDBServerCL 作為 GDB Server，使用 GCC 工具鏈中的 GDB 工具作為 GDB Client。雙擊 “GDB SEGGER J - Link Debugging”，新建一套 J - Link 的配置選項。

Main 選項卡配置

在 “Main” 選項卡中，需要指定調(diào)試器的路徑和調(diào)試的可執(zhí)行文件。調(diào)試器路徑應(yīng)指向 J - Link GDBServerCL 的安裝位置，而調(diào)試的可執(zhí)行文件則是編譯生成的 elf 文件。正確的配置能夠確保調(diào)試器與目標芯片建立連接，并加載相應(yīng)的調(diào)試信息。

Debugger 選項卡配置

在 “Debugger” 選項卡中，需要設(shè)置 GDB 的路徑和調(diào)試器的參數(shù)。GDB 路徑指向 GCC 工具鏈中的 GDB 工具，調(diào)試器參數(shù)則根據(jù) JLINK 調(diào)試器的型號和芯片的配置進行調(diào)整。這些參數(shù)包括調(diào)試器的端口號、連接速度等，合理的配置能夠提高調(diào)試效率。

Startup 選項卡配置

“Startup” 選項卡主要配置調(diào)試器啟動時執(zhí)行的命令序列。這些命令包括設(shè)置芯片的工作模式、加載調(diào)試符號、初始化寄存器等。通過合理的命令序列配置，開發(fā)人員可以快速進入調(diào)試狀態(tài)，減少調(diào)試準備時間。

接下來配置 OpenOCD。雙擊 “GDB OpenOCD Debugging”，新建配置項。

Main 選項卡配置

在 “Main” 選項卡中，指定 OpenOCD 的配置文件路徑和調(diào)試目標。配置文件包含了與 JLINK 調(diào)試器和 AS32 芯片相關(guān)的配置信息，如調(diào)試接口、芯片型號等。正確選擇配置文件能夠確保 OpenOCD 與硬件設(shè)備的兼容性。

Debugger 選項卡配置

“Debugger” 選項卡中，設(shè)置 GDB 與 OpenOCD 之間的通信參數(shù)。這些參數(shù)包括 GDB 的端口號、通信協(xié)議等。確保 GDB 與 OpenOCD 之間的通信暢通，是實現(xiàn)高效調(diào)試的關(guān)鍵。

Startup 選項卡配置

在 “Startup” 選項卡中，配置 OpenOCD 啟動時的初始化命令。這些命令用于設(shè)置芯片的運行環(huán)境，如時鐘頻率、內(nèi)存映射等。合理的初始化配置能夠提高芯片的運行效率，為調(diào)試工作提供良好的硬件基礎(chǔ)。

（二）調(diào)試過程

完成上述配置后，點擊 “Debug” 按鈕即可進入調(diào)試模式。第一次配置完成后，之后可以直接點擊工具欄上的小蟲子圖標進行調(diào)試，等待燒錄完成。在調(diào)試過程中，開發(fā)人員可以利用 Eclipse 提供的調(diào)試工具欄和調(diào)試窗口，對程序進行詳細的分析和優(yōu)化。

調(diào)試工具欄

斷點設(shè)置 ：雙擊可在對應(yīng)代碼行加或者刪除斷點。斷點是調(diào)試過程中不可或缺的工具，它允許開發(fā)人員在程序執(zhí)行到特定位置時暫停，以便檢查程序狀態(tài)。

全速運行 ：使程序以全速運行，用于觀察程序的整體運行情況。

暫停運行 ：暫停程序的執(zhí)行，便于開發(fā)人員在某一時刻對程序進行詳細檢查。

退出調(diào)試 ：結(jié)束調(diào)試會話，退出調(diào)試模式。

復(fù)位調(diào)試 ：對芯片進行復(fù)位操作，重新開始調(diào)試過程。

單步進入 ：逐條執(zhí)行程序指令，深入到函數(shù)內(nèi)部，用于詳細檢查函數(shù)的執(zhí)行過程。

單步完成 ：執(zhí)行完當前函數(shù)后暫停，用于觀察函數(shù)的返回值和對程序狀態(tài)的影響。

進入調(diào)試模式 ：快速進入調(diào)試狀態(tài)，方便開發(fā)人員隨時開始調(diào)試工作。

調(diào)試窗口

反匯編窗口 ：通過點擊相應(yīng)圖標打開工程的反匯編窗口，開發(fā)人員可以查看程序的匯編代碼，分析程序的執(zhí)行流程和指令執(zhí)行情況。這對于理解程序在硬件層面的運行機制非常有幫助，尤其在排查低級錯誤和優(yōu)化代碼性能方面具有重要作用。

觀察變量窗口 ：選中需要監(jiān)測的變量，右鍵選擇 “Add Watch Expressions”，可將變量放入觀察窗口，動態(tài)觀察變量的運行狀態(tài)。通過觀察變量的變化，開發(fā)人員可以及時發(fā)現(xiàn)程序中的潛在問題，如變量值異常、數(shù)據(jù)溢出等。

Memory 窗口 ：可以查看總線地址上的數(shù)據(jù)，幫助開發(fā)人員觀察寄存器或者內(nèi)存操作是否正確。這對于調(diào)試硬件相關(guān)的程序問題非常有效，如內(nèi)存映射錯誤、寄存器配置不當?shù)取?/p>

Register 窗口 ：是 RISC - V 通用寄存器的窗口，配合反匯編窗口，熟悉這些寄存器之后可以有效幫助分析代碼運行狀態(tài)。雖然使用難度較大，但對于深入理解程序執(zhí)行過程和硬件交互具有重要意義。

六、性能優(yōu)化策略

（一）代碼優(yōu)化

算法優(yōu)化

選擇高效的算法是提高程序性能的關(guān)鍵。在嵌入式開發(fā)中，算法的效率直接影響到芯片的資源利用率和響應(yīng)速度。例如，在數(shù)據(jù)處理任務(wù)中，采用快速排序算法代替冒泡排序算法，可以顯著減少排序時間，提高程序的整體性能。

減少不必要的計算

仔細審查代碼，消除重復(fù)計算和冗余操作。例如，將循環(huán)中的不變表達式移出循環(huán)，避免重復(fù)計算；合理利用變量存儲中間結(jié)果，減少函數(shù)調(diào)用次數(shù)等。這些細節(jié)優(yōu)化能夠有效降低芯片的計算負擔，提高程序的執(zhí)行效率。

代碼結(jié)構(gòu)優(yōu)化

采用模塊化設(shè)計原則，將代碼劃分為多個功能模塊，每個模塊具有單一的職責。這種設(shè)計方式不僅提高了代碼的可讀性和可維護性，還有助于編譯器進行優(yōu)化。同時，合理使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)和宏定義，減少函數(shù)調(diào)用開銷，提高代碼的執(zhí)行速度。

（二）編譯優(yōu)化

優(yōu)化選項選擇

GCC 編譯器提供了多種優(yōu)化選項，如 -O1、-O2、-O3 等。開發(fā)人員應(yīng)根據(jù)項目需求合理選擇優(yōu)化等級。例如，-O1 優(yōu)化級別在代碼大小和執(zhí)行速度之間取得較好平衡；-O2 優(yōu)化級別則更注重執(zhí)行速度，但可能會增加代碼大??；-O3 優(yōu)化級別提供了更高的優(yōu)化程度，但可能導(dǎo)致代碼可讀性下降和調(diào)試困難。在實際開發(fā)中，開發(fā)人員可以通過對比不同優(yōu)化等級下生成的代碼性能和大小，選擇最適合的優(yōu)化選項。

編譯器指令使用

合理使用編譯器指令（如#pragma）可以指導(dǎo)編譯器進行特定的優(yōu)化操作。例如，使用#pragma pack 可以改變結(jié)構(gòu)體的對齊方式，減少內(nèi)存占用；使用#pragma inline 可以強制將函數(shù)內(nèi)聯(lián)，提高函數(shù)調(diào)用效率。但需要注意的是，過度使用編譯器指令可能會降低代碼的可移植性，因此應(yīng)謹慎使用。

（三）調(diào)試優(yōu)化

智能斷點設(shè)置

精準設(shè)置斷點，避免在不必要的位置設(shè)置斷點導(dǎo)致調(diào)試過程頻繁中斷。例如，利用條件斷點（僅當滿足特定條件時才暫停程序執(zhí)行）可以快速定位到程序的關(guān)鍵執(zhí)行點，減少調(diào)試時間。

利用觀察窗口高效監(jiān)測變量

合理選擇需要監(jiān)測的變量，避免過多變量放入觀察窗口導(dǎo)致調(diào)試信息混亂。開發(fā)人員應(yīng)重點關(guān)注與程序關(guān)鍵邏輯相關(guān)的變量，通過觀察其變化及時發(fā)現(xiàn)潛在問題。

優(yōu)化調(diào)試流程

在調(diào)試過程中，先進行高層次的功能測試，排查明顯的邏輯錯誤；然后再逐步深入到代碼細節(jié)，進行底層硬件相關(guān)的調(diào)試。這種由粗到細的調(diào)試流程能夠有效提高調(diào)試效率，避免盲目調(diào)試。

七、結(jié)論與展望

在 Eclipse 環(huán)境下，通過優(yōu)化調(diào)試流程，能夠顯著提升 AS32 芯片的調(diào)試效率。從開發(fā)環(huán)境搭建、工程配置到調(diào)試過程優(yōu)化，每一個環(huán)節(jié)都蘊含著提高調(diào)試效率的潛力。通過合理選擇和配置工具鏈、精心組織工程目錄結(jié)構(gòu)、深入挖掘調(diào)試工具的功能以及實施有效的性能優(yōu)化策略，開發(fā)人員可以充分發(fā)揮 AS32 芯片的性能優(yōu)勢，同時降低開發(fā)成本。

然而，隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，對 MCU 調(diào)試技術(shù)的要求也在不斷提高。未來，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)在嵌入式領(lǐng)域的應(yīng)用，MCU 的復(fù)雜性和性能要求將進一步提升。預(yù)計調(diào)試工具將更加智能化和自動化，能夠自動識別和分析代碼中的潛在問題，為開發(fā)人員提供更精準的調(diào)試建議。同時，調(diào)試工具與硬件設(shè)備的融合將更加緊密，實現(xiàn)硬件級的性能優(yōu)化和故障診斷。對于 AS32 芯片的調(diào)試技術(shù)而言，將進一步探索與新興技術(shù)的結(jié)合，如利用機器學(xué)習算法對調(diào)試數(shù)據(jù)進行分析，以實現(xiàn)更高效的調(diào)試策略。這將為開發(fā)人員提供更強大的技術(shù)支持，推動嵌入式系統(tǒng)開發(fā)向更高層次邁進。

審核編輯 黃宇