ARM的Semihosting技術(shù)（轉(zhuǎn)）        

Semihosting技術(shù)將應(yīng)用程序中的IO請求通過一定的通道傳送到主機(host)，由主機上的資源響應(yīng)應(yīng)用程序的IO請求， 而不是像在主機上執(zhí)行本地應(yīng)用程序一樣，由應(yīng)用程序所在的計算機響應(yīng)應(yīng)用程序IO請求， 也就是將目標板的輸入/輸出請求從應(yīng)用程序代碼傳遞到遠程運行調(diào)試器的主機的一種機制。 簡單來說，目標開發(fā)板上通常不會有輸入/輸出這些外設(shè)，開發(fā)板運行的代碼想要將結(jié)果打印出來， 或者獲得用戶的輸入，可以通過請求遠程主機IO設(shè)備來實現(xiàn)，如：顯示器，鍵盤等。 目標開發(fā)板執(zhí)行代碼中加入對輸入/輸出設(shè)備進行訪問函數(shù)，如：printf,scanf等， 這些函數(shù)并不是目標開發(fā)板的庫函數(shù)，而是遠程主機交叉編譯器中帶有的庫函數(shù)，這些庫函數(shù)被編譯時，編譯成一條軟件中斷指令。 當目標開發(fā)板上電運行之后，執(zhí)行到請求訪問輸入/輸出設(shè)備指令時，產(chǎn)生特定中斷號的軟件中斷SWI， 與開發(fā)板相連的調(diào)試器會先截獲目標板SWI請求，由于開發(fā)板程序中也可能存在用戶自定義軟件中斷， 為了區(qū)分二者，調(diào)試器會根據(jù)SWI的軟中斷號來判斷是不是semihosting模式IO請求， 如果是，則取出R0寄存器里代表的具體請求號，然后使用遠程主機來響應(yīng)目標板具體IO請求， 而不是開發(fā)板本身去處理setmihosting請求。 semihosting僅僅是一種調(diào)試手段，它的工作原理就是利用調(diào)試器捕捉目標環(huán)境運行過程中產(chǎn)生SWI中斷， 然后向遠程主機調(diào)試環(huán)境發(fā)送對應(yīng)的調(diào)試信息。 也就是說目標開發(fā)板通過特定的軟件中斷指令，借用了遠程主機的輸入輸出設(shè)備實現(xiàn)IO請求的訪問。

Semihosting半主機調(diào)試模式，只能使用在開發(fā)板和調(diào)試主機通過仿真器連接的情況下， 也就是說脫離了主機調(diào)試環(huán)境上述代碼不能正常運行。 目標開發(fā)板上執(zhí)行的IO實際上是交給了遠程主機來處理實現(xiàn)，正是因為如此，這種方式只適合在調(diào)試模式下， 真正的嵌入式系統(tǒng)不可能依賴于主機實現(xiàn)IO處理的，嵌入式系統(tǒng)要想獨立出來實現(xiàn)IO請求的處理， 這就需要將輸入輸出庫函數(shù)的底層相關(guān)硬件實現(xiàn)重定向。

使用ITM機制實現(xiàn)調(diào)試，實現(xiàn)printf與scanf, ITM是ARM在推出semihosting之后推出的新一代調(diào)試機制。

ITM機制要求使用SWD方式接口，并需要連接SWO線。

半主機是用于 ARM 目標的一種機制，可將來自應(yīng)用程序代碼的輸入/輸出請求傳送至運行調(diào)試器的主機。 例如，使用此機制可以啟用 C 庫中的函數(shù)，如 printf() 和 scanf()，來使用主機的屏幕和鍵盤，而不是在目標系統(tǒng)上配備屏幕和鍵盤。

這種機制很有用，因為開發(fā)時使用的硬件通常沒有最終系統(tǒng)的所有輸入和輸出設(shè)備。 半主機可讓主機來提供這些設(shè)備。

半主機是通過一組定義好的軟件指令（如 SVC）來實現(xiàn)的，這些指令通過程序控制生成異常。 應(yīng)用程序調(diào)用相應(yīng)的半主機調(diào)用，然后調(diào)試代理處理該異常。 調(diào)試代理提供與主機之間的必需通信。

半主機接口對 ARM 公司提供的所有調(diào)試代理都是通用的。 在無需移植的情況下使用 RealView ARMulator? ISS、指令集系統(tǒng)模型 (ISSM)、實時系統(tǒng)模型 (RTSM)、RealView ICE 或 RealMonitor 時，會執(zhí)行半主機操作。

標準庫使用半主機模式，半主機是通過一組定義好的軟件指令 （如 SVC）SVC 指令 （以前稱為 SWI 指令）來實現(xiàn)的，這些指令通過程序控制生成異常。 應(yīng)用程序調(diào)用相應(yīng)的半主機調(diào)用，然后調(diào)試代理處理該異常。調(diào)試代理（這里的調(diào)試代理是仿真器）提供與主機之間的必需通信。也就是說使用半主機模式必須使用仿真器調(diào)試。

ARMv7 之前的 ARM 處理器使用 SVC 指令 （以前稱為 SWI 指令）進行半主機調(diào)

用。 但是，如果要為 ARMv6-M 或 ARMv7-M （如 Cortex?-M1 或 Cortex-M3 處

理器）進行編譯，請使用 BKPT 指令來實現(xiàn)半主機。 簡單的來說，半主機模式就是通過仿真器實現(xiàn)開發(fā)板在電腦上的輸入和輸出。和半主機模式功能相同的是ITM調(diào)試機制。 有關(guān)ITM調(diào)試機制可以參考這里http://www.douban.com/note/248637026/        上面介紹的半主機和ITM功能相當，他們都是調(diào)試機制，開發(fā)板均借助仿真器與電腦連接，實現(xiàn)單片機利用主機的屏幕鍵盤的輸入輸出。這兩種機制的運行均需要仿真器，否則無法運行。       開發(fā)式一般單片機需要獨立運行，開發(fā)者應(yīng)去掉仿真器，把printf函數(shù)通過單片機的外設(shè)來實現(xiàn)，例如通過開發(fā)板的串口，lcd或者sd卡。 

方法1.使用微庫,因為使用微庫的話,不會使用半主機模式.int fputc(int ch, FILE *f){      while((USART1->SR&0X40)==0);     USART1->DR = (u8) ch;      return ch; }  方法2.仍然使用標準庫,在主程序添加下面代碼:

#pragma import(__use_no_semihosting)     //不使用半主機模式           //標準庫需要的支持函數(shù)                  struct __FILE  {  int handle;  };  FILE __stdout;        //定義_sys_exit()以避免使用半主機模式     _sys_exit(int x)  {  x = x;  }  //重定義fputc函數(shù)  int fputc(int ch, FILE *f) {  USART_SendData(USART1,ch); while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);   return ch; }

關(guān)于 microlibmicrolib 是缺省 C 庫的備選庫。 它用于必須在極少量內(nèi)存環(huán)境下運行的深層嵌入式應(yīng)用程序。 這些應(yīng)用程序不在操作系統(tǒng)中運行。microlib 不會嘗試成為符合標準的 ISO C 庫。microlib 進行了高度優(yōu)化以使代碼變得很小。 它的功能比缺省 C 庫少，并且根本不具備某些 ISO C 特性。某些庫函數(shù)的運行速度也比較慢，例如，memcpy()。上面給出了正確的方法，我在測試的過程中發(fā)現(xiàn)方法二中注釋掉#pragma import(__use_no_semihosting) 程序依然運行正確，這個很讓人費解，是否是keil本身就沒有半主機模式？？？？？？？以下是測試現(xiàn)象1、假如程序中有printf等函數(shù)，如果使用微庫或者禁用半主機，沒有重定義fputc函數(shù)，程序可以運行，但不知道結(jié)果打印到主機的哪個地方去了。2、假如程序中有printf等函數(shù)，既沒有禁用半主機也沒有重定義fputc函數(shù)，程序?qū)⒁恢蓖Ｔ谥袛嗵帲缦聢D，結(jié)論：如果用了庫函數(shù)而沒有勾選微庫，則不能夠進行在線仿真。 3、若程序中假如程序中有fopen、fread等函數(shù)，重定義fputc函數(shù)，既沒有禁用半主機也沒有重定義fopen、fread這些函數(shù)，編譯會報錯：Error: L6200E: Symbol __stdout multiply defined (by stdio_streams.o and usart.o).為什么是重復(fù)定義，還未搞清楚。打開微庫就不會報錯，但是其實也是存在問題，這些函數(shù)也并未實現(xiàn)其功能。 

大部分資料都是禁用了半主機模式，沒有使用過半主機模式借助主機的鍵盤輸入?yún)?shù)，看了很多資料，都是講半主機的，但講的內(nèi)容太淺顯，

我沒有學(xué)會使用半主機，更多的是學(xué)會了禁用半主機模式，我們好像忽略了半主機模式的意義。另外，我們可以查到的大部分資料講解的大同小異，它們更多的告訴我們正確的步驟，而不是讓我們從源頭了解一個問題，當然，大部分人看重的是實用，問題解決了，也就不再去思考背后的原理。最有效最直接最權(quán)威的資料是mdk官方給出的資料，但是資料內(nèi)容太多，看起來太多，不易懂，大部分人沒有看下去的欲望。我們應(yīng)該讓使用手冊看起來更直觀，更易懂，更方便查閱，更高效地查閱。

      在keil5中，不管是否使用Semihosting，使用printf,scanf,fopen,fread等都需要自己填充底層函數(shù)，以printf為例，需要補充定義fputc（Keil是否不支持Host-semi機制，即不支持直接在IDE打印字符串？）

特別注意：在keil中串口打印窗口和邏輯分析窗口僅在軟件仿真的時候可用，而MDK5對STM32F4的軟件仿真，基本上不支持（故本教程直接沒有對軟件仿真進行介紹了），所以，基本上這兩個窗口用不著。但是對STM32F1的軟件仿真，MDK5是支持的，在F1開發(fā)的時候，可以用到。所以基于STM32F4的軟件仿真在keil5中很少用到。

     在IAR中，選擇Semihosting后，不用自己實現(xiàn)填充printf,scanf,fopen,fread等底層函數(shù)，就可以在terminal I/O界面實現(xiàn)prrint,scanf等的測試，可以在工程目錄下實現(xiàn)文件操作。

疑問研究后的結(jié)論：

      使用keil在半主機模式下，若是使用printf、 fopen等庫函數(shù)庫函數(shù)調(diào)用，會進入半主機模式，發(fā)生軟件異常，若此時有半主機調(diào)試環(huán)境的支持（RealView ISS、ISSM、RealView ICE 和 RealMonitor）進而通過調(diào)試器與主機進行交互，則可以進入半主機模式。但是本人使用的是JLINK V9調(diào)試器，此調(diào)試器應(yīng)該是不支持半主機的調(diào)試。所以程序會進入一個錯誤的BKPT 0xAB狀態(tài)。得出結(jié)論：并不是keil5完全不支持半主機調(diào)試，是需要完全具備半主機調(diào)試的所有軟硬件平臺條件后才可以用半主機來調(diào)試代碼。所以，大多數(shù)情況下，需要使用相關(guān)宏（#pragma import(__use_no_semihosting)）和重定義底層IO函數(shù)的方法來避免使用半主機。

參考鏈接：

http://www.eeworld.com.cn/mcu/article_2016122632650.html

以及keil5的官方幫助文檔。

 另外：IAR、KEIL都可以使用ITM跟蹤調(diào)試功能，可參考下面鏈接

https://www.jianshu.com/p/0255097f594e