發布日期：2022-07-15 點擊率：71
嵌入式設備無處不在,從家里到汽車,從辦公室到遙遠的裝配工廠、甚至海上石油鉆井平臺。由于這些設備已滲透到世界每一個角落,遠程維護和遠程調試就變得十分重要。當然,在理想世界里,遠程調試是不必要的。但在現實世界中,這還是必要的。
典型的調試系統由一臺主機PC、一個目標連接和被測試設備組成。大多數情況下,主機是運行微軟視窗操作系統的PC,偶爾也會是運行Linux的系統。與被測設備的通信有幾種方式,一般通過并行、串行或以太網連接來實現。許多制造商提供連接以利用被測目標的片上調試(OCD)功能。然后,OCD接口通過一個特定的管道與目標處理器相連。
為了便于遠程調試,一臺設備在制造時必須考慮三點。第一,目標的OCD如何與外部相連?如果用于OCD通信的連接器處于系統深處,那么被測目標可能要在現場拆卸下來才能調試,或者只有以某種無法接受的方式才能對其進行修改。第二,OCD接口應該植入被測目標內還是放置在外部？如果在實驗室,設計師利用主機的串行接口通過OCD接口與被測目標通信,那么最終產品是否要內置OCD接口,而只把串行端口留在外面？或者,OCD接口是否應與被測目標一起放置在遠程位置？這里要考慮的因素不只是成本。如果被測目標處在惡劣的環境下,而且必須小心密封,那么問題就與被測目標處在工廠環境中的情況完全不同。第三,如何從主機到達OCD接口的問題也必須考慮。主機可能位于數英里外的地方,如果要將主機運抵現場,其尺寸和重量又是一個問題。即便是現代的筆記本電腦,要帶著它在危地馬拉的帳篷里進行調試也非易事。
遠程調試也包括不太極端的情況,如待在家里調試一個正在實驗室中開發的新原型。在這種情況下,問題不是測試設備如何訪問目標,而是工程師如何訪問主機,或者主機如何訪問測試設備。每種情況都有不同的處理方法。
首先看一下最簡單的情況,即工程師想待在家里調試位于實驗室的系統。假設他的主機在物理上與測試設備相連,現在的問題是如何從他的家庭電腦控制主機。市面上有幾款商業產品可以很容易做到這點。假設兩個系統都可以訪問互聯網,那么我們有幾種商業解決方案。通過利用基于Web的GoToMyPC簡單地建立一個賬戶,任何人都可以從任何網絡瀏覽器安全、方便地訪問遠程PC。因此,坐在家里,這位工程師也可以在本地計算機上看到其辦公室電腦的工作桌面,就像本人在辦公室一樣有效地測試和調試目標。其它類似產品,如Symantec公司的pcAnywhere,也可以實現同樣的功能,但安全性和客戶端要求可能有所不同。這種情況要求所有的調試和維護軟件都安裝在實驗室的系統上。
仍然是針對遠程目標,如果這位工程師想在本地做一些測試和調試工作,那么問題將變得更復雜。如果他還處于設計階段,或者如果維護和調試涉及大量的編譯或仿真,那么使用本地主機可能更容易處理。在這種情況下,我們必須指出如何通過調試接口連接到本地計算機。考慮到工具仍在實驗室,我們只需要把主機與調試器的連接抽象化。這種連接可以是串行、并行、USB或以太網連接。我們將考慮以太網連接,因為它已經非常普遍。
在本地測試環境下,我們經常利用企業內部互聯網(內聯網),它連接了許多PC和一些測試設備,并具有一個連接到互聯網的網關。在內聯網的元素中,辦公室的每臺PC和測試設備都有一個本地的IP地址,一般從外部無法看到它們。這提供了安全保障,而且是必須采取的措施,因為沒有足夠的外部IP地址可以分配給每個辦公室的每臺設備。網關設備通常是一個路由器,它是網絡的門戶,往往具有一個外部能看到的IP地址。為了執行遠程調試或維護,外部世界的客戶端需要訪問內部的設備。路由器有一個簡單的方法來處理這項任務。網絡地址轉換(NAT)功能是通過路由器的查找表來實現的。其原理非常簡單:TCP/IP(內聯網和互聯網所用的典型通信協議)通信采用雙地址方案。地址的一部分是IP地址,而另一部分是端口號。在本例中,路由器的IP地址通過互聯網暴露給外部世界。任何人從任何地方都可直接與其通信。當路由器接收到一個帶有地址的信息數據包時,它將查看目標端口號,然后,將這個端口號與路由器NAT表中的端口號進行比較。如果有匹配的結果,該表將包含目標通信設備的內部IP地址。然后,數據包被發送到正確的內部設備,在本例中是基于以太網的OCD接口。這種情況幾乎沒有任何安全性可言,因為任何人只要知道路由器IP地址及調試器的端口號,就可以訪問該系統。這一問題的嚴重性取決于很多因素,將不在本文予以討論。
如果需要更高的安全性,可采用其它辦法將主機與遠程調試器相連。虛擬專用網(VPN)可以讓遠程系統(辦公室、個人及調試器)利用互聯網安全地訪問主機網絡。VPN不是采用專用電話線路或其它安全通信方式,而是利用密碼訪問、加密數據和隧道協議等安全手段來實現的。這位工程師不必關心VPN是如何工作的,只要在家庭計算機上安裝客戶端軟件,并請IT部門設置在辦公室或實驗室里的服務器即可。一旦通過互聯網建立連接并通過驗證,該工程師就可以像坐在辦公室里一樣工作了。所有數據傳輸都是加密的,但更重要的是,他被認為是一個合法用戶,可以訪問OCD設備及其被測目標,甚至內聯網的更多內容。
有助于簡化遠程調試的工具之一是Macraigor系統公司的mpDemon。該工具可通過串行或并行連接與本地主機相連,或者通過以太網遠程連接主機。它帶有一個可配置IP地址及端口,并支持多種通信協議,可以為各種遠程調試情況提供靈活的解決方案。
下一步是在一個真正的環境中進行遠程調試和維護。過去幾年,該技術已經將觸角延伸到日常設備,如售貨機。最新的售貨機在需要補充貨品時能夠自動聯系分銷商。這一般可利用嵌入式處理器通過調制解調器和電話線來實現。這種應用并不局限于本地庫存報告,因為機器還可以通過同樣的通信渠道升級其固件和執行其它維護。銀行ATM取款機等其它嵌入式系統正變得更智能,它們可以通過電話線或以太網與主機系統相連,從而擴展遠程調試、維護和升級能力。
更進一步,許多嵌入式系統被用于偏遠的地方,如石油鉆井平臺等。這些設備雖然處于遠程位置但并非是“技術不可觸及”的地方,例如在現代化的石油鉆井平臺,互聯網連接仍是可行的。通過在設備中嵌入互聯網-OCD調試連接,遠程維護和升級仍是可行的。衛星通信可以讓最偏遠的地區實現上網。在這種情況下,安全問題變得更重要。通信通道本身相當復雜,而且可能涉及多種技術,因此可能會出現多點故障或遭受攻擊。工程是可以通過以下路徑進行遠程調試:主機通過電話線連接到公司服務器,再連接到T1高速連接,再連到互聯網,再通到衛星,直到遠程接收器,然后通過某種方式連接到被測目標。目標設備本身可能運行一個簡單的VPN,還帶有糾錯通信代碼。
這些設備的物理設計也很重要,不但要考慮設備所處的環境,還要考慮服務是怎么執行的。一些遠程調試或維護可能意味著派個技術員去現場升級固件,但設計不應要求完全拆卸設備才能訪問其內部的嵌入式EPROM。
Craig Haller為嵌入式調試市場提供工具及咨詢服務已有15年的歷史。Macraigor系統公司為一系列處理器提供JTAG和BDM接口和工具。
作者:Craig Haller
Macraigor系統公司
