嵌入式开发中使用DDD进行调试

 在嵌入式程序开发过程中，程序员要进行大量的调试，以此验证程序的正确性，修改潜在的错误。调试器对于程序员来说是不可或缺的必备工具。在Linux环境中，有很多调试工具和调试辅助工具，例如GDB、XXGDB、RHIDE、XWPE、GVD和DDD等。其中，DDD是命令行调试器的图形前端，除了一般的程序调试功能以外，还具有交互式图形数据显示的功能。它在嵌入式应用开发中也十分出色。本文主要讲述DDD（Data Display Debugger）的使用方法。

    认识DDD

    GNU DDD是命令行调试程序，如GDB、DBX、WDB、Ladebug、JDB、XDB、Perl Debugger或Python Debugger的可视化图形前端。它特有的图形数据显示功能（Graphical Data Display）可以把数据结构按照图形的方式显示出来。DDD最初源于1990年Andreas Zeller编写的VSL结构化语言，后来经过一些程序员的努力，演化成今天的模样。DDD的功能非常强大，可以调试用C\C++、Ada、Fortran、Pascal、Modula-2和Modula-3编写的程序；可以超文本方式浏览源代码；能够进行断点设置、回溯调试和历史纪录编辑；具有程序在终端运行的仿真窗口，并在远程主机上进行调试的能力；图形数据显示功能（Graphical Data Display）是创建该调试器的初衷之一，能够显示各种数据结构之间的关系，并将数据结构以图形化形式显示；具有GDB/DBX/XDB的命令行界面，包括完全的文本编辑、历史纪录、搜寻引擎。

    DDD是开源软件，用户可以去下载.rpm格式的DDD源码文件。

    图1显示的是DDD的主窗口。它主要由选单栏、工具条、数据窗口、源文件窗口、机器码窗口、控制台和命令工具窗口等几部分组成。其中，数据窗口用于观察复杂的数据结构，在删除数据之后，显示仍然有效；源文件窗口显示源代码、断点和当前执行到达的位置，选择该窗口中的“Display”项，可以显示任意表达式的值；机器码窗口显示当前所选函数的机器代码，但仅对于GDB来说是可用的；在Debugger控制台里，用户可以与DDD内置调试器的命令行接口进行交互，等同于执行命令工具栏中的命令。


图1 DDD的主窗口

    DDD运行机理

    在设计DDD的时候，主创人员决定把它与GDB之间的耦合度尽可能降小。因为像GDB这样的开源软件，更新要比商业软件快。所以为了使GDB的变化不会影响到DDD，在DDD中，GDB是作为独立的进程运行的，通过命令行接口与DDD进行交互。

    DDD的运行机理如图2所示。它显示了用户、DDD、GDB和被调试进程之间的关系。为了使响应时间变小，DDD和GDB之间的所有通信都是异步进行的。在DDD中发出的GDB命令都会与一个回调例程相连，放入命令队列中。这个回调例程在合适的时间会处理GDB的输出。例如，如果用户手动输入一条GDB的命令，DDD就会把这条命令与显示GDB输出的一个回调例程连起来。一旦GDB命令完成，就会触发回调例程，GDB的输出就会显示在DDD的命令窗口中。


图2 DDD的运行机理

    DDD在事件循环时等待用户输入和GDB输出，同时等着GDB进入等待输入状态。当GDB可用时，下一条命令就会从命令队列中取出，送给GDB。GDB到达的输出由上次命令的回调过程来处理。这种异步机制避免了DDD在等待GDB输出时发生阻塞现象，到达的事件可以在任何时间得到处理。

DDD和GDB的分离使得DDD运行速度变慢，但这种方法还有很多好处。例如，用户可以把GDB调试器换成其它调试器，如DBX等。另外，还可以在不同的机器上运行GDB和DDD。

    DDD调试示例

    现在就用DDD来实际调试下面sample.c这段程序，为了节省空间，去掉了所有的注释。

#include 
#include 

#define MAXINPUTSTRINGSIZE 5
int n;
int factn;
char resultstring[100]; 

int getInt()
{
	char * inputString;
	int inputInt;
	inputString = (char *) malloc (MAXINPUTSTRINGSIZE * sizeof(char));
	printf("Enter the value:");
	fgets(inputString, MAXINPUTSTRINGSIZE, stdin);
	printf("You entered %s\n", inputString);
	inputInt = atoi(inputString);
	return inputInt;
}

int computeFact(int n)
{
	int accum=0;
	while(n>1) {
		accum *= n;
		n--;
	}
	return accum;
}

char * buildResultString(int x, int factx)
{
	char * resultString = (char *) malloc(100 * sizeof(char));
	sprintf(resultString, "The factorial of %d is %d\n", x, factx);
	return resultString;
}

void main(int argc, char * argv[])
{
	char * outString;  // The string we will print out
	n = getInt();
	factn = computeFact(n);
	outString = buildResultString(n, factn);
	printf("%s\n",outString);
}

    首先，使用下面的命令编译sample.c，切记要使用“-g”选项生成调试信息：
    ＃gcc -g -o sample sample.c

    接着运行sample程序，输入数值“5”后，可以看到如下结果：
    You entered 5
    The factorial of 5 is 0

    可以看出，上面程序中是有错误的，需要进行调试。输入下面的命令启动DDD调试器，调试这个可执行程序：
    ＃ddd sample

    一段时间之后，DDD的主窗口就会出现。找到怀疑出错的地方，在相应的代码上设置断点（在有怀疑的行上单击鼠标左键，然后单击工具栏中的“Break”按钮）。然后单击命令工具栏上的运行按钮或在选单栏“Commands”里选择运行相关命令，如图3所示。


图3 使用DDD进行调试

    在控制台中提示符下输入数字“5”后按回车键，就会运行到图3中箭头指示的位置。这时候检查可疑变量accum的值，在控制台提示后输入下面的命令：
    (gdb) display accum

    接着往下单步运行，多次点击工具栏中的“Step”按钮，观察变量accum的结果。具体参考如下：

(gdb) step
43 while(n>1) {
1: accum = 0
(gdb)
44 accum *= n;
1: accum = 0
(gdb)
45 n--;
1: accum = 0
(gdb)
43 while(n>1) {
1: accum = 0
(gdb)
44 accum *= n;
1: accum = 0
(gdb)
45 n--;
1: accum = 0

    可以看出问题出在accum上。这时点击命令工具栏上的“Kill”按钮将程序断掉，把初始化accum的那一句改为“int accum = 1;”。重新运行之后，发现结果正确。至此，调试过程完毕。

    特殊功能

    上面只是粗略地介绍了DDD调试的方法。实际上，DDD还有一些与众不同的功能，例如可视化显示数据结构（单个结构体、二叉树、链表等）和绘制数据集等。

    图4就是按点集绘制的数组sval中保存的数据（首先在源码窗口选中要显示的数组，然后点击工具栏中的“Plot”按钮，即会出现绘制窗口）。用户也可以不按数据点集显示，在弹出窗口选单“Plot”下选择“Lines”，就可以显示成连线段。这个功能非常直观，对于程序员调试程序来说是有很大帮助作用的。


图4 绘制数据集

    DDD包含的内容不止这些，由于篇幅的限制，这里就不多说了。希望能起到抛砖引玉的作用。如果用户想进一步学习，可以参考DDD的用户手册。