嵌入式設(shè)備無處不在,從家里到汽車,從辦公室到遙遠(yuǎn)的裝配工廠、甚至海上石油鉆井平臺。由于這些設(shè)備已滲透到世界每一個角落,遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程調(diào)試就變得十分重要。當(dāng)然,在理想世界里,遠(yuǎn)程調(diào)試是不必要的。但在現(xiàn)實世界中,這還是必要的。

典型的調(diào)試系統(tǒng)由一臺主機PC、一個目標(biāo)連接和被測試設(shè)備組成。大多數(shù)情況下,主機是運行微軟視窗操作系統(tǒng)的PC,偶爾也會是運行Linux的系統(tǒng)。與被測設(shè)備的通信有幾種方式,一般通過并行、串行或以太網(wǎng)連接來實現(xiàn)。許多制造商提供連接以利用被測目標(biāo)的片上調(diào)試(OCD)功能。然后,OCD接口通過一個特定的管道與目標(biāo)處理器相連。

為了便于遠(yuǎn)程調(diào)試,一臺設(shè)備在制造時必須考慮三點。第一,目標(biāo)的OCD如何與外部相連?如果用于OCD通信的連接器處于系統(tǒng)深處,那么被測目標(biāo)可能要在現(xiàn)場拆卸下來才能調(diào)試,或者只有以某種無法接受的方式才能對其進(jìn)行修改。第二,OCD接口應(yīng)該植入被測目標(biāo)內(nèi)還是放置在外部？如果在實驗室,設(shè)計師利用主機的串行接口通過OCD接口與被測目標(biāo)通信,那么最終產(chǎn)品是否要內(nèi)置OCD接口,而只把串行端口留在外面？或者,OCD接口是否應(yīng)與被測目標(biāo)一起放置在遠(yuǎn)程位置？這里要考慮的因素不只是成本。如果被測目標(biāo)處在惡劣的環(huán)境下,而且必須小心密封,那么問題就與被測目標(biāo)處在工廠環(huán)境中的情況完全不同。第三,如何從主機到達(dá)OCD接口的問題也必須考慮。主機可能位于數(shù)英里外的地方,如果要將主機運抵現(xiàn)場,其尺寸和重量又是一個問題。即便是現(xiàn)代的筆記本電腦,要帶著它在危地馬拉的帳篷里進(jìn)行調(diào)試也非易事。

遠(yuǎn)程調(diào)試也包括不太極端的情況,如待在家里調(diào)試一個正在實驗室中開發(fā)的新原型。在這種情況下,問題不是測試設(shè)備如何訪問目標(biāo),而是工程師如何訪問主機,或者主機如何訪問測試設(shè)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(diào)試位于實驗室的系統(tǒng)。假設(shè)他的主機在物理上與測試設(shè)備相連,現(xiàn)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(yè)產(chǎn)品可以很容易做到這點。假設(shè)兩個系統(tǒng)都可以訪問互聯(lián)網(wǎng),那么我們有幾種商業(yè)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(wǎng)絡(luò)瀏覽器安全、方便地訪問遠(yuǎn)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(diào)試目標(biāo)。其它類似產(chǎn)品,如Symantec公司的pcAnywhere,也可以實現(xiàn)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(diào)試和維護(hù)軟件都安裝在實驗室的系統(tǒng)上。

仍然是針對遠(yuǎn)程目標(biāo),如果這位工程師想在本地做一些測試和調(diào)試工作,那么問題將變得更復(fù)雜。如果他還處于設(shè)計階段,或者如果維護(hù)和調(diào)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(diào)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(diào)試器的連接抽象化。這種連接可以是串行、并行、USB或以太網(wǎng)連接。我們將考慮以太網(wǎng)連接,因為它已經(jīng)非常普遍。

在本地測試環(huán)境下,我們經(jīng)常利用企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)(內(nèi)聯(lián)網(wǎng)),它連接了許多PC和一些測試設(shè)備,并具有一個連接到互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)。在內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的元素中,辦公室的每臺PC和測試設(shè)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(shè)備。網(wǎng)關(guān)設(shè)備通常是一個路由器,它是網(wǎng)絡(luò)的門戶,往往具有一個外部能看到的IP地址。為了執(zhí)行遠(yuǎn)程調(diào)試或維護(hù),外部世界的客戶端需要訪問內(nèi)部的設(shè)備。路由器有一個簡單的方法來處理這項任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)功能是通過路由器的查找表來實現(xiàn)的。其原理非常簡單:TCP/IP(內(nèi)聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)所用的典型通信協(xié)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(lián)網(wǎng)暴露給外部世界。任何人從任何地方都可直接與其通信。當(dāng)路由器接收到一個帶有地址的信息數(shù)據(jù)包時,它將查看目標(biāo)端口號,然后,將這個端口號與路由器NAT表中的端口號進(jìn)行比較。如果有匹配的結(jié)果,該表將包含目標(biāo)通信設(shè)備的內(nèi)部IP地址。然后,數(shù)據(jù)包被發(fā)送到正確的內(nèi)部設(shè)備,在本例中是基于以太網(wǎng)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(diào)試器的端口號,就可以訪問該系統(tǒng)。這一問題的嚴(yán)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(yuǎn)程調(diào)試器相連。虛擬專用網(wǎng)(VPN)可以讓遠(yuǎn)程系統(tǒng)(辦公室、個人及調(diào)試器)利用互聯(lián)網(wǎng)安全地訪問主機網(wǎng)絡(luò)。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(shù)據(jù)和隧道協(xié)議等安全手段來實現(xiàn)的。這位工程師不必關(guān)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(shè)置在辦公室或?qū)嶒炇依锏姆?wù)器即可。一旦通過互聯(lián)網(wǎng)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(shù)據(jù)傳輸都是加密的,但更重要的是,他被認(rèn)為是一個合法用戶,可以訪問OCD設(shè)備及其被測目標(biāo),甚至內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的更多內(nèi)容。

有助于簡化遠(yuǎn)程調(diào)試的工具之一是Macraigor系統(tǒng)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(wǎng)遠(yuǎn)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(xié)議,可以為各種遠(yuǎn)程調(diào)試情況提供靈活的解決方案。

下一步是在一個真正的環(huán)境中進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試和維護(hù)。過去幾年,該技術(shù)已經(jīng)將觸角延伸到日常設(shè)備,如售貨機。最新的售貨機在需要補充貨品時能夠自動聯(lián)系分銷商。這一般可利用嵌入式處理器通過調(diào)制解調(diào)器和電話線來實現(xiàn)。這種應(yīng)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(zhí)行其它維護(hù)。銀行ATM取款機等其它嵌入式系統(tǒng)正變得更智能,它們可以通過電話線或以太網(wǎng)與主機系統(tǒng)相連,從而擴(kuò)展遠(yuǎn)程調(diào)試、維護(hù)和升級能力。

更進(jìn)一步,許多嵌入式系統(tǒng)被用于偏遠(yuǎn)的地方,如石油鉆井平臺等。這些設(shè)備雖然處于遠(yuǎn)程位置但并非是“技術(shù)不可觸及”的地方,例如在現(xiàn)代化的石油鉆井平臺,互聯(lián)網(wǎng)連接仍是可行的。通過在設(shè)備中嵌入互聯(lián)網(wǎng)-OCD調(diào)試連接,遠(yuǎn)程維護(hù)和升級仍是可行的。衛(wèi)星通信可以讓最偏遠(yuǎn)的地區(qū)實現(xiàn)上網(wǎng)。在這種情況下,安全問題變得更重要。通信通道本身相當(dāng)復(fù)雜,而且可能涉及多種技術(shù),因此可能會出現(xiàn)多點故障或遭受攻擊。工程是可以通過以下路徑進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試:主機通過電話線連接到公司服務(wù)器,再連接到T1高速連接,再連到互聯(lián)網(wǎng),再通到衛(wèi)星,直到遠(yuǎn)程接收器,然后通過某種方式連接到被測目標(biāo)。目標(biāo)設(shè)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(shè)備的物理設(shè)計也很重要,不但要考慮設(shè)備所處的環(huán)境,還要考慮服務(wù)是怎么執(zhí)行的。一些遠(yuǎn)程調(diào)試或維護(hù)可能意味著派個技術(shù)員去現(xiàn)場升級固件,但設(shè)計不應(yīng)要求完全拆卸設(shè)備才能訪問其內(nèi)部的嵌入式EPROM。

Craig Haller為嵌入式調(diào)試市場提供工具及咨詢服務(wù)已有15年的歷史。Macraigor系統(tǒng)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(tǒng)公司