摘 要： 本文全面分析了开放源码的嵌入式系统仿真集成开发环境skyeye，并对skyeye上已经移植成功的操作系统、典型应用进行了介绍，最后讲述了skyeye正在开展的工作和将来的发展方向。
关键词：嵌入式系统；仿真环境；skyeye；linux；mclinux；mc/os-ii

skyeye
skyeye是一个在linux和 windows平台上实现纯软件仿真的集成开发环境，它基于gpl协议，可在skyeye上运行linux、mclinux以及mc/os-ii 等多种嵌入式操作系统和各种系统软件(如tcp/ip、图形子系统、文件子系统等)，并可对它们进行源码级的分析和测试。
skyeye作为指令级仿真器，可以仿真多种嵌入式开发板，支持多种cpu指令集，在skyeye上运行的操作系统意识不到它是在一个虚拟环境中运行，而且开发人员可以通过skyeye调试操作系统和系统软件。由于skyeye的目标不是验证硬件逻辑，而是协助开发、调试和学习系统软件，所以在实现上skyeye与真实的硬件环境相比有一定差别。在时钟节拍的时序上，skyeye不保证与硬件完全相同，并简化了对软件透明的一些硬件仿真，这样可以提高skyeye的执行效率。
在32位嵌入式cpu领域中，arm系列cpu所占比重相当大，因此skyeye首先选择了arm cpu核作为仿真目标cpu核。skyeye可用于学习、分析、开发linux、mclinux、mc/os-ii操作系统内核和tcp/ip实现，了解arm嵌入式cpu编程，而这一切都可在一个集成环境中完成。如果能够改进skyeye本身，则大家对arm、8019 ethernet网络芯片等硬件的了解也会更深入。由于skyeye与gdb可以无缝结合，开发者可以方便地使用gdb提供的各种调试手段对skyeye仿真系统上的软件进行源码级调试，还可以进行各种分析，如执行热点分析、程序执行覆盖度分析等。

skyeye技术分析
skyeye实现的硬件仿真
* cpu和开发板系列
目前skyeye可以仿真的cpu主要是基于arm内核的cpu，包括arm7tdmi、strongarm、arm720t、arm9tdmi、arm9xx、arm10xx、xscale、ateml91x40、ep7312等。
各硬件开发公司可以根据它们的需求在上述cpu核上加上特定的扩展，形成基于各种arm基本核心的特定cpu，如atmel91x40和 ep7312，则分别扩展了arm7tdmi和arm720t的内存控制和各种i/o控制器，简化了开发板的逻辑设计，增强了开发板的功能。
目前skyeye仿真的开发板包括基于atmel91x40、ep7312和strongarm的adsbitsy开发板，以及基于xscale pxa250的lubbock开发板。主要仿真了对应各个开发板的串口、时钟、ram、rom等硬件外设。
* 存储器管理单元和缓存单元
mmu即存储器管理单元，是用来管理虚拟内存系统的硬件。mmu的两个主要功能是：将虚拟地址转换成物理地址；控制存储器的存取权限。mmu关掉时，虚拟地址直接输出到物理地址总线。mmu本身有少量存储空间存放从虚拟地址到物理地址的匹配表，此表称作tlb。为了支持仿真多种类型cpu的mmu/cache，skyeye包含了一个通用的mmu/cache仿真实现。通过对一些参数的调整可以支持仿真多种类型的mmu/cache物理结构和逻辑行为。
* 网络芯片
前skyeye仿真了8019as网络芯片，其特点是：ne2000兼容，内建 16k ram缓冲区，10mb传输速率。开发板上可以加入网络芯片8019as，再加上不同操作系统上的8019as驱动程序，可以完成各种网络应用设计开发。目前已经在在基于atmel91x40的开发板上实现了网络芯片8019as扩展，并增加了mc/os-ii和mclinux的网络驱动程序，支持大量的网络应用程序，如lwip、nfs server/clinet、http server/client、telnet server/client、ftp server/client等。
skyeye总体结构
skyeye基于gdb /armulator，可以仿真完整的嵌入式计算机系统，目前包括cpu、内存、i/o寄存器、时钟、uart、网络芯片，将来还会有mmu、cache、lcd、usb等各种硬件。
skyeye从总体上分为以下四个层次。
用户接口模块：处理用户的输入命令，并把相关调试数据输出给用户。
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，以及对符号表的管理和对源代码表达式的解析，并定位源代码中的语句位置和机器码的位置关系等。
目标控制模块：主要完成执行控制(如中断执行，中断条件的设置等)、程序栈结构分析，以及对具体目标硬件的控制(如本地调试、远程调试和仿真调试的控制)。
目标仿真模块：仿真主要硬件的执行，对执行文件的机器指令进行解释，并仿真执行每一条机器指令，产生相应的硬件响应。

skyeye上运行的应用
由于已经实现多种软件的移植，目前在skyeye的仿真硬件上可以运行多种操作系统、驱动程序、网络协议栈和各种应用软件。
arm linux
linux原本被设计为桌面系统，现在广泛应用于服务器领域，而更大的影响在于它正逐渐应用于嵌入式设备。由于skyeye仿真的cpu基本上基于arm核，所以目前可以支持面向arm核的linux操作系统－arm linux。
mclinux
mclinux主要针对没有mmu的处理器，而标准的linux只支持带mmu的cpu。为