智能命令行設(shè)計及其在SOPC系統(tǒng)中的應(yīng)用

命令行是計算機系統(tǒng)中最重要的組件之一。它可以幫助開發(fā)人員更方便的控制系統(tǒng)。在調(diào)試過程中，可以讓開發(fā)人員隨時變更測試方法。

FPGA的成本越來越低，F(xiàn)PGA上的嵌入式系統(tǒng)（SOPC）也應(yīng)用得越來越廣泛。但是相對其他成熟的計算機體系，SOPC系統(tǒng)現(xiàn)在還沒有命令行。為了更好的推廣SOPC應(yīng)用，筆者開發(fā)了一個智能的命令行模塊，可以調(diào)用系統(tǒng)中的任意函數(shù)，降低了開發(fā)人員的使用難度。在最小配置時，它只有大約1000行代碼，占用14KB存儲容量，可以放在完全由FPGA片內(nèi)資源構(gòu)成的計算機系統(tǒng)中。它的結(jié)構(gòu)也具有很好的擴展性，開發(fā)人員可以結(jié)合自己的需求，輕松添加命令，豐富它的特性。

命令行框架設(shè)計
1 總體設(shè)計
好的命令行要具有擴展性，開發(fā)人員能輕松添加自己的命令；也要傻瓜化，簡單易于使用。

為了達到這兩個目的，可采用編譯器創(chuàng)建的數(shù)組作為命令的總索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。為每條命令創(chuàng)建一個變量，指定它放在一個命令行專用的段中；其中用段“shell_cmd_tab”存放用戶主動創(chuàng)建的命令；用段“shell_cmd_tab_auto”存放系統(tǒng)中所有全局函數(shù)。創(chuàng)建變量只需調(diào)用宏SHELL_CMD_DECL，提供命令名、命令說明和函數(shù)名即可。這樣就可以實現(xiàn)C語言函數(shù)、變量、段、內(nèi)存區(qū)域的自動映射過程。

命令的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下。

typedef struct _ncommand_t {
const char *name;
const char *descr;
shell_st_call cfunc;
} ncommand_t;

為了簡化命令的創(chuàng)建，定義下面這個宏來創(chuàng)建命令。
#define SHELL_CMD_DECL(name, usage, func) ncommand_t _shell_cmd_tab_##func _attribute_ ( (section( “.shell_cmd_tab”) ) )={ name, usage, func }; // small memory version
創(chuàng)建命令的實例如下：SHELL_CMD_DECL(“dump”, “Shows a memory dump”, hexdump);

2 連接腳本
在連接腳本里指定段的位置是簡化命令行使用流程的關(guān)鍵。GCC使用PROVIDE定義變量。筆者使用PROVIDE定義了各個段的起始地址和結(jié)束地址，從而可以在代碼中使用段地址查詢到所有命令。在編譯器使用的連接腳本中添加如下行定義函數(shù)表。

.shell :
{
PROVIDE (__ram_shell_start = ABSOLUTE(.));
. = ALIGN(32 / 8);
PROVIDE (__ram_shell_cmd_tab_begin = ABSOLUTE(.));
*(.shell_cmd_tab .shell_cmd_tab.*)
PROVIDE (__ram_shell_cmd_tab_end = ABSOLUTE(.));
PROVIDE (__ram_shell_cmd_tab_auto_begin = ABSOLUTE(.));
*(.shell_cmd_tab_auto .shell_cmd_tab_auto.*)
PROVIDE (__ram_shell_cmd_tab_auto_end = ABSOLUTE(.));
*(.shell .shell.*)
. = ALIGN(32 / 8);
PROVIDE (__ram_shell_end = ABSOLUTE(.));
} > ddr_sdram

3 動態(tài)函數(shù)表創(chuàng)建
由工具自動根據(jù)系統(tǒng)中的全局函數(shù)創(chuàng)建的命令被稱為自動命令。自動命令使用戶可以在命令行中調(diào)用任意普通函數(shù)，即使開發(fā)人員沒有聲明這些函數(shù)為命令。自動命令也需要一個數(shù)組包含系統(tǒng)中所有全局函數(shù)的信息，這個表為動態(tài)函數(shù)表。使用一個腳本根據(jù)系統(tǒng)的可執(zhí)行文件自動生成動態(tài)函數(shù)表。要先編譯軟件，生成可執(zhí)行文件；再調(diào)用腳本創(chuàng)建動態(tài)函數(shù)表；最后再編譯出包含動態(tài)函數(shù)表的可執(zhí)行文件。

在腳本中先使用GNU的nm工具從可執(zhí)行文件導出所有全局符號，再使用grep提取出包括函數(shù)名的行，接著使用cut刪除函數(shù)名前的地址信息，使用sed將字符T替換為創(chuàng)建命令的宏SHELL_CMD_DECL_AUTO，并在行尾添加括號。最后將所有這些信息寫入一個C源代碼文件，交給編譯器編譯，就能得到一個動態(tài)函數(shù)表。

4 自動命令參數(shù)個數(shù)
為了便于開發(fā)人員使用，自動命令最好能適應(yīng)所有函數(shù)類型，假設(shè)都是unsigned int的函數(shù)類型。對于可以成功轉(zhuǎn)化為unsigned int類型整數(shù)的參數(shù)，將真實的值傳遞給函數(shù)；對于其他參數(shù)，則將參數(shù)作為一個字符串傳遞給函數(shù)。