当今,EClIPSE应用范围越来越广泛,不仅可以开发JAVA程序,而且还可以开发C/C++程序。本文通过研究EClIPSE CdT与gdb之间的通信原理,针对嵌入式开发的实际需求,给出了一种新的应用

董洪均

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福 建 电 脑 2011 年第 3 期Eclipse CDT 与 gdb 通信原理解析董洪均（ 厦门大学 信息科学与技术学院 福建 厦门 361000 ）【摘 要】： 当今，Eclipse 应用范围越来越广泛，不仅可以开发 Java 程序，而且还可以开发 C/C++程序。本文通过研究 Eclipse CDT 与 gdb 之间的通信原理，针对嵌入式开发的实际需求，给出了一种新的应用。【关键词】： Eclipse；MI；CDT0、引言在嵌入式系统软件开发过程中， 调试过程采用宿主机/目标机的模式进行。 为了缩短调试的时间和提高调试的效率 ，对调试器的要求越来越高 。 基于命令行的交叉调试环境是调试中普遍采用的方法。 虽然基于命令行的调试器近年来，已经发展趋于稳定，但是枯燥的命令行界面给开发人员的调试工作带来了麻烦和不便。本文通过解析 C/C++ 调试接口 （C/C++ DebuggerInterface，CDI）如何与 Eclipse 通信，以及 Eclipse CDT（C++ Development Toolkit）如何与 gdb 进行通信。 构建了一个可视化的嵌入式调试环境。 同时具有嵌入式软件开发的功能。1、Eclipse 简介1.1 Eclipse 概述Eclipse 是一个公开源代码联合组织。 其目的是提供一个可扩展的开发平台和用于开发软件的应用架构。 其设计思想是一切皆为插件。 Eclipse 的核心非常小，其它所有功能都以插件的形式附加到这个 Eclipse核心之上。 这样的功能插件包括它的图形 API 称为SWT/JFace Java 开发环境插件 （简称 JDT）、 插件开发环境（简称 PDE）等。 Eclipse 还对这些插件的协同工作提供了良好的支持， Eclipse 对这些插件是动态载入动态调用的。 即 Eclipse 启动后要真正用到这个插件时它才会被调入内存， 当插件不再使用时它就会被在适当的时候清除出内存[1]。1.2 Eclipse 体系结构Eclipse 平台是一个开放式插件体系结构， 它提供了一些自身的扩展点来给其他插件做扩展。 Eclipse 采用平台加插件体系结构， 如图 1 所示。 其最底层的Platform Runtime 是整个 Eclipse 插件的核心， 它的作用就是启动及搜索插件， 然后匹配这些功能插件上扩展点所提供的服务，构造注册库，并能缓存下次将用到的已注册的插件。 其它部分,如 Workspace SWT/JFace都是以插件的形式提供的。 workspace 是我们主要存项目的地方。 Workbench 插件完成界面的外观显示，它负责工作区资源的管理。 SWT/JFace 是 Eclipse 的图形API 包[2]。图 1 Eclipse 体系结构图2、CDT 介绍Eclipse C++ Development Toolkit(CDT)是 Eclipse 平台的一种插件形式的扩展。 Eclipse 作为一个通用软件开发工具平台， 本身只提供了 Java 开发所需的插件。CDT 的出现使 C/C++开发在 Eclipse 中得到支持[3]。CDT 具有子组件或插件，它们是 CDT 社区中的独立项目。 其中最重要的是 CDT 主插件， 它提供核心CDT 功能。 CDT Debug UI 为调试工具编辑器和视图提供 Ul 功能。 CDT UI 插件提供与 Ul 有关的特性、视图、编辑器、向导等。 CDT Debug 提供核心调试功能。CDT Feature 提 供 CDT Feature 组 件。 CDT 核 心 包 括Core Model、CDOM 和其他核心组件。 CDT Launch 为启动外部可执行文件和工具提供启动机制。 CDT DebugMI 是针对兼容 Ml 的调试器的应用程序连接器[4]。CDT 编辑器具有多种特性， 如语法高亮和代码协助使软件开发更加快捷、容易。 语法高亮是可配置的，还可根据个人喜好使之个性化。 代码协助是代码完成功能，它与 Visual Studio 里的功能相似。 自定义的代码模板可添加到代码协助所使用的插件中。3、CDT 与 MI 通信开发人员使用诸如 run、print 和 info 这样的简单指令由命令行访问 gdb。 这是 gdb 与开发人员的接口。 访问 gdb 的 第 二 个 方 法 旨 在 通 过 软 件 与 调 试 器 交 互 ：50福 建 电 脑2011 年第 3 期Machine Interface （MI）。 调试器执行的任务和以前相同， 但命令和输出响应有很大的不同。 CDT 便是通过MI 与 gdb 进行通信。当用户配置完调试信息并单击 Debug 后，CDT 访问 实 现 了 接 口 ICDebugger2 的 类 并 创 建 ICDISession，同时调用该类的 createSession()方法。 当 CDT 调用该方法时，它提供给调制器包含配置参数的启动对象，即将调试的可执行文件的名称和进程监视器。 并使用这些信息形成启动 gdb 可执行文件的字符串：gdb -q -nw -i mi -version -tty pty -slave exe-cutable-name。同 时 ， 该 类 为 正 运 行 的 gdb 可 执 行 文 件 创 建MIProcess， 然后创建两个会话对象来管理剩余的调试进程：MISession 和 Session。 MISession 对象管理与 gdb的通信，Session 对象把 gdb 会话连接到 CDI，过程如图2 所示。图 2 CDT 与 gdb 通信过程启动 gdb 后， 实现了 ICDebugger2 接口的类首先要做的就是创建一个 MISession 对象。这个对象使用三对对象处理所有对 gdb 调试器的访问：·OutputStream （向 gdb 进程发送数据） 和 Input-Stream（接收响应）·输入和输出 CommandQueue（持有 MI 命令）·TxThread（把输出 CommandQueue 的命令发送到OutputStream）和 RxThread（发送 InputStream 的接收命令并将其放到输入 CommandQueue）在远程执行调试会话时，CDT 通过向 gdb 发送 re-motebaud 命令（后跟波特率）发起通信。 为了完成该过程，它调用 MISession 的 postCommand 方法，该方法把remotebaud 命 令 添 加 到 会 话 的 输 出 CommandQueue中。这会唤醒 TxThread，它将命令写入与 gdb 进程连接的 OutputStream 中。 它 还 将 命 令 添 加 到 会 话 的 输 入CommandQueue 中。 CDT 向 GDB 发送命令的过程如图3 所示：图 3 CDT 向 GDB 发送命令过程同 时，RxThread 不 断 读 取 来 自 gdb 进 程 的 Input-Stream。 当新输出可用时，RxThread 通过 MIParser 发送新输出，来获得结果记录和 OOB 记录。 然后搜寻输入CommandQueue 以 查 找 触 发 输 出 的 gdb 命 令 。 如 果RxThread 包含 gdb 的输出和相应的命令， 它将创建一个 MIEvent 来传播调试器状态的改变。当 数 据 在 gdb 中 来 回 传 输 时 ，TxThread 和 Rx-Thread 创建并触发 MIEvent。例如，如果 TxThread 发送一 个 将 断 点 切 换 到 gdb 的 命 令， 它 将 创 建 一 个 MI-BreakpointChangedEvent。 如 果 RxThread 接 收 到 来 自gdb 的 结 果 记 录 为 ^running 的 响 应， 则 将 创 建 一 个MIRunningEvent。创 建 MISession 后，EmbeddedGDBCDIDebugger 创建一个 Session 对象来管理 CDI 的操作。当其构造器被调用时，Session 创建许多对象来协助进行管理。 有两个对象尤其重要：Target（管理 CDI 模型并向调试器发送 命 令 ） 和 EventManager （侦 听 由 调 试 器 创 建 的MIEvent）。Target 接收来自 CDT 的调试命令并为调试器打包命令。例如，当您单击 Step Over 按钮时，CDT 查找当前的 Target 并调用 stepOver 方法。 Target 的响应方式是创建 MIExecNext 命令和调用 MISession.postCommand()执 行 步 骤 。 MISession 将 命 令 添 加 到 其 输 出 Com-mandQueue 中， 在这里使用上面描述的方式把命令传输给调试器。会话的 EventManager 接收 gdb 输出 （被打包到一个 MIEvent 中）。 当创建这个对象时，将其作为运行中的 MISession 的一个 Observer 添加。 当 MISession 触发MIEvent 时 ，EventManager 进 行 解 释 并 创 建 相 应 的ICDIEvents。 例 如 ， 当 MISession 触 发 MIRegister-ChangedEvent 时 ，EventManager 创 建 一 个 称 为ChangedEvent 的 CDI 事件。 创建 CDI 事件后，Event-Manager 告诉所有相关的侦听器状态发生了改变。至此，Eclipse CDT 通过 MI 完成了与 gdb 的通信，建立了一个双向的通信信道。4、CDT 通过 MI 与 gdb 进行通信实例图 4 monitor Info Sys 命令的结果在 Eclipse 可视化可扩展平台上， 我们通过对 E-clipse CDT 与 GDB 的调试接口通信原理分析后，设计定制了满足我们调试功能所需的可视化插件调试器。该调试器主要实现与 Eclipse 中 C/C++（下转第 66 页）51福 建 电 脑 2011 年第 3 期（上接第 51 页）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!开发工具 (CDT)的图形调试环境进行交互，并与 GDB进行数据通信。 在 linux 系统下， 以 leon3 为目标板，Eclipse CDT 为平台建立起一个可视化调试环境。 可以向 LEON3 开发板发送命令，命令得到执行后，将得到的信息反馈到 Eclipse 界面。 以"monitor info sys"命令为例，展示命令传送和信息回送的过程。5、结束语综上所述，通过分析 Eclipse CDT 与 gdb 之间的通信原理，建立起来一条通信信道，有助于今后的调试工作。 同时，Eclipse 是一款开源软件，可以在其可扩展特性的基础上，构建出更具针对性的嵌入式调试软件。参考文献：[1] 刘立.基于 Eclipse 框架的 TargetRegisterEditor 实现.武汉理工大学，硕士学位论文， 2009[2] 郭慎平 .基于 Eclipse 的嵌入式开发工具的研究与实现，硕士学位论文， 2009[3] 冯骁斌， 基于 Eclipse 移植的嵌入式系统开发平台的研究，浙江大学，硕士学位论文，2006[4] 田军营，韩建海，利用 VMware 整合嵌入式系统开发环境，自动化与仪器仪表，2006，49（3）:25-264.安全性分析生物模板存在的安全隐患在[1]中被归纳为自身固有的缺陷和外部攻击。 本文也从这两方面来讨论。自身固有的缺陷是指由于生物识别系统不正确的决策而产生的错误的接受率 （FAR） 和错误的拒绝率（FRR）。 指纹验证匹配的结果直接影响到系统的安全性及有效性， 所以将生物识别应用于身份认证要考虑到的一个重要方面是系统的鲁棒性。 本文基于文献[6]的算法完成图像预处理和特征提取等关键步骤， 在服务器端设置相似度阈值为0.9。 用300枚不同的指纹作为实验数据。 结果如下表1 实验结果从实验结果得出在注册过程中随着量化采用的指纹样本数的增加产生的正确识别率也提高。本文对系统的客户端、 通信信道和指纹数据库这三个易受到攻击的部分分析是否可得到原始的指纹模板。1）客户端的一个重要安全问题是用户丢失了他们的智能卡引起的。 如果攻击者能得到智能卡中存放的哈希量化表，那么他就可以推导出原始的指纹模板。本方案采用的是将活体指纹采集技术与智能卡结合在一起获得可撤销指纹模板。 跟基于口令的智能卡技术相比，攻击者可以很容易用1000个不同的口令来破解，但是他不能轻易找到1000枚不同的指纹破解本文提出的方案。 对智能卡的破解只有采用专门的仪器和探针来侦测智能卡中的处理器产生的信号脉冲或者侦测运行产生的能量消耗来获得智能卡运行的数据。 这种方法实现的成本高昂，且精确性不高。 因此，客户端的智能卡中保存的信息是安全的。 攻击智能卡不能轻易得到原始指纹模板。2）对通信信道，攻击者可以采取窃听的方法来获得传输的信息。在传输数据过程中，本方案统采用数字签名的方式传输转换后的指纹模板。 攻击者得到这些信息，如果没有服务器端的私钥是不能破解的。所以即使攻击者得到了转换后的指纹模板的加密数据， 他也无法还原出原始指纹模板。3） 指纹数据库中存放的不是可撤销的指纹模板，而是一个训练好的神经网络的权值矩阵。 攻击者无法从神经网络中获得原始指纹模板。5.结语本文提出一种基于单向哈希函数和径向基神经网络组成的客户端/服务器结构的可撤销指纹认证方案，解决了由于指纹唯一性带来的不安全问题。 实验过程中采用大量指纹数据验证了本文提出的方案的可行性，同时也证明此方案的认证过程是安全的。 但是，由于注册过程中要采集大量指纹来提取特征生成量化表需要耗费用户一定的时间， 同时神经网络的训练过程也比较耗费时间。提高识别率、降低用户注册的时间有待于进一步研究。参考文献:[1] A. K. Jain, K. Nandakumar, and A. Nagar, "Biometric Tem-plate Security", Journals on Advances in Signal Processing, HindawiPublishing Corporation, 2008.[2] Rathank, Chikkerur S, Connell J H, etal Generating cancelablefingerprint templates [J]. IEEE Transaction on Pattern analysis andmachine intelligence,2007,29(4):561~572[3] A. Juels and M. Sudan, "A Fuzzy Vault Scheme", in Proceedingof IEEE International Symposium on Information Theory, Lau-sanne,Switzerland,2002,p.408[4] Yagiz Sutcu ,Husrev Taha Sencar and Nasir Memon: A securebiometric authentication scheme based on robust hashing. InACMConference on the workshorp on Multimedia and security,2005.[5] C. M. Bishop, "Neural networks for pattern recognition",Clarendon Press, Oxford, 1995.[6] 罗希平, 田捷. 自动指纹识别中的图像增强与细节匹配. 软件学报，2002,13(5):946~956.66

EclipseCDT与gdb通信原理解析

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