SkyEye硬件模拟平台

当时在清华大学计算机系做博士后的陈渝提出做一个用软件实现的嵌入式开发板硬件模拟器，可以在模拟器上运行各种操作系统，这样就可以在没有开发板的情况下学习和研究操作系统。其目标是让SkyEye仿真多种主流的嵌入式开发板和外设，实现一个可扩展的硬件模拟框架，让更多的嵌入式操作系统可以在SkyEye上运行。目前通过访问SkyEye的网站（http://www.skyeye.org/）和在linux公社上的SkyEye论坛（http://www.linuxfans.org）可以了解到SkyEye的最新进展并对有关嵌入式系统开发方面的问题进行交流，还可以到http://gro.clinux.org/projects/skyeye/下载最新的SkyEye相关软件和文档。



对于那些想进行嵌入式系统软件开发和学习，或者想研究嵌入式Linux等操作系统和一些底层系统软件（如TCP/IP等）的研究和开发人员来说，可能存在如下几方面的问题：

（1）经常苦于经费不足，缺少足够的硬件开发板和完善的软件开发环境，相关的书籍对一些最新软件的分析还不够全面，无法深入研究和开发嵌入式软件。

（2）高层次的软件设计和开发一般不用太考虑底层硬件的实现细节，如果直接处于一个具体的硬件环境下，在开发和研究中可能会陷入硬件的具体细节中不能自拔，而不能把精力放到高层次的软件设计和开发上。

（3）如果硬件开发环境不太稳定（这种情况经常见到），且对具体的硬件不是很了解，则可能在排除问题上花费大量的不必要的时间。

（4）如果你想自己尝试设计一个操作系统，则先在一个提供源码级调试的软件仿真器上进行开发，可能会大大提高你的开发进度。

SkyEye的推出具有下面三方面的意义：

    通过SkyEye仿真集成环境可以很方便地进入到嵌入式系统软件学习和开发的广阔天地中。尤其对于缺少嵌入式硬件开发环境和软件开发环境的用户来说，它将是一个非常有效的学习工具和开发手段，因为SkyEye的整个软件系统都是OpenSource的，且基于GPL协议（μCOS-II除外）。因此，如果要学习Linux操作系统或者进行嵌入式系统开发，但苦于没有硬件支持，SkyEye仿真环境软件是一个很好的选择！

    如果想研究与具体硬件无关的系统软件（如TCP/IP协议栈等），采用SkyEye可以有效地提高工作效率，因为你可以直接在μCOS-II和μCLinuxforSkyEye上进行开发和调试，而与具体硬件打交道的各种driver已经存在，且有源码级调试环境，只需关心高层的逻辑设计和实现就可以了。

    SkyEye本身作为一个开放式的项目体系，可以划分为多个独立的子项目系统。通过参与SkyEye的各个子项目，与大家共同交流、协作，可以进一步学习、分析、精通Linux内核，掌握ARM嵌入式CPU编程。

目前SkyEye模拟了大量的硬件，包括CPU内核、存储器、存储器管理单元、缓存单元、串口、网络芯片、时钟等。

SkyEye软件的核心在目标模拟模块。为了提高模拟效率，且能够模拟更多的CPU、开发板和各种外设，方便开发人员进行开发和学习，SkyEye遵循如下的设计原则：

    用C语言编程，采用面向对象的方式定义各种要模拟的硬件；

    定义抽象模拟硬件对象，最大化重用代码；

    定义硬件配置脚本，使得不用改动SkyEye代码就可以灵活地调整各种硬件配置；

保持与GDB上层接口的一致性，这样可充分利用GDB强大的源代码级调试功能。

SkyEye从总体上分为四个层次：

    用户接口模块：包括命令行用户界面和图形用户界面，完成处理用户的输入命令，并把相关调试数据输出给用户的任务。这一部分基本上直接利用了GDB的用户接口模块，并在此基础上有一定的扩充。

    符号处理模块：主要处理执行文件的头信息，解释执行文件中内嵌的debuger调试信息，对符号表的管理，对源代码表达式的解析，定位源代码中的语句位置和机器码的位置关系等。这一部分也是直接利用了GDB的符号处理模块，也正是有了这个模块的支持，SkyEye可以支持源码级调试。

    目标控制模块：主要完成执行控制（如中断程序的执行，设置中断条件等），程序栈结构分析，对具体目标硬件的控制（如本地调试、远程调试和模拟调试的控制）。这一部分完成对SkyEye上运行的软件的控制，提供了多种调试手段。

    目标模拟模块：这一部分是SkyEye的核心。它的功能是模仿计算机系统中的主要硬件（包括CPU、内存和各种硬件外设等）的执行，对执行文件的机器指令进行解释，并模拟执行每一条机器指令，产生相应的硬件响应等。