本系列前3篇文章介紹硬件設計與實現，但光有硬件，再好的東西也跑不起來。因此，本篇將介紹如何搭建軟件開發環境。本文所使用的軟件均為開源軟件。
軟件開發環境的搭建分為2個部分：
（1）Arduino 端軟件開發環境；
（2）NDS端軟件開發環境。
一、搭建Arduino軟件開發環境
可以說搭建Arduino端開發環境幾乎沒有一點技術含量。只需要從Arduino官網站下載最新版（盡量不要使用beta版）軟件，然后在Windows或Mac OS的電腦上安裝即可使用，自帶IDE。而Linux版相對復雜一些，可以參考官方的Linux安裝文檔：Installing Arduino on Linux，這里不再詳述。
另外一點，由于設計方案中使用最小Arduino系統，上傳程序有兩種方案：
（1）使用另一塊無CPU的Arduino主板提供串口實現程序燒寫；
（2）使用一個USB轉串口的線(帶FDTI芯片)實現程序燒寫，如圖1。
圖1. USB轉TTL串口線。
以上兩種方案任選其一即可。使用Arduino主板燒寫程序可以參考擴展NDS掌機連接Arduino (1)--Arduino端最小系統實現
二、搭建NDS軟件開發環境
NDS開發環境分為兩部分：（1）編譯環境；（2）調試環境。下面先講編譯環境的建立。
NDS開發使用開源開發套件：devkitPro。devkitPro分為好幾個部分，其中GBA，NDS，GP32都是基于ARM的CPU，因此都使用devkitARM子套件。然后再配套使用一些庫。
2.1，需要安裝的內容
對于NDS開發必要安裝的如下：
（1）devkitARM：含gcc, g++, objcopy, as, ld, gdb等必要工具。
（2）ndstool：用于將NDS的ARM7和ARM9二進制代碼進行合并成一個可以運行在NDS上的nds文件的工具。
選擇安裝的庫和工具如下：
（3）libnds：定義了各寄存器必要的宏和相關的常量以及大量實用的庫函數，一般開發都需要。
（4）default_arm7：NDS的ARM7端運行的代碼。
（5）dswifi：WiFi代碼庫。
（6）libfat：FAT文件系統庫函數，支持各燒錄卡文件讀寫。
（7）libfilesystem：NDS的nitro文件系統的支持庫。
（8）maxmod：音頻支持庫。
（9）dlditool：用于給ndstool產生的nds文件打dldi補丁的工具。如果程序沒用到FAT文件讀寫功能，不需要打dldi補丁，另外一部分燒錄卡有自動打dldi補丁的功能，也不需要。
（10）general-tools：提供了幾個有用的工具：bin2s, bmp2bin, padbin, raw2c。
（11）dstools：提供r4denc這個工具。
（12）mmutil：提供mmutil這個工具，用于將
（13）nds-examples：nds的很多例子程序，非常實用，可以對照自己寫。
2.2，編譯環境安裝過程
安裝過程在不同操作系統上有明顯區別。如果在Windows上安裝，devkitPro提供了自動安裝文件可自動完成安裝。對于Linux和Mac OS X則需要手動安裝，下面重點講解在這兩個系統上的安裝過程。安裝以上內容，可以選擇編譯源碼安裝，也可以下載編譯好的二進制文件手動復制到相應目錄內完成安裝。我這里選擇編譯源碼安裝。
步驟一：首先下載以上11個內容。除了devkitARM下載二進制文件外，其余全下載源碼進行編譯安裝。
在相應目錄下創建devkitPro文件夾，并將解壓后的devkitARM文件夾拷到里面。例如我的Mac OS上創建的路徑如下：/Users/Vincent/Documents/OS_Dev/devkitPro/devkitARM。devkitARM文件夾內的內容如下圖：
圖2. devkitARM文件夾內的內容。
步驟二：設置環境變量。根據自己使用的操作系統編輯不同的文件：Linux在~/.bashrc文件，Mac OS X在~/.bash_profile文件（“.“開頭的是默認隱藏文件，所以手工用命令行創建）中最后加入以下代碼（實際路徑按你自己來寫）：
#Set Variables for DEVKIT_PRO
export DEVKITPRO=/Users/Vincent/Documents/OS_Dev/devkitPro
export DEVKITARM=${DEVKITPRO}/devkitARM
保存后，重啟Terminal終端，路徑已經完成設置。
步驟三：安裝libnds。將libnds庫源碼解壓到devkitPro文件夾內，和devkitARM同級，即devkitPro文件夾內有libnds-src-x.x.x文件夾，其中x.x.x是版本號。進入該文件夾運行 make，以上步驟沒出錯的話，稍等片刻libnds庫就編譯好了，然后運行 make install 進行安裝。安裝完成后會在devkitPro文件夾下創建libnds文件夾，相應的.a庫文件被拷到這里。
步驟四：安裝各個庫。將2.1小節內下載的（4）~（8）源代碼按步驟三的方式解壓，進入子目錄，然后make, make install，完成安裝。因為這些庫依賴libnds，所以要確保libnds先安裝好。特別要注意一點是maxmod庫如果用make命令，會同時編譯NDS, GBA兩個板本，而要成功編譯GBA版本需要安裝libgba。如果只需要使用NDS版的maxmod庫，則需要執行：make
步驟五：安裝ndstool,
步驟六：編譯nds-examples：按2.1小節內下載的這些源碼按步驟三的方式解壓，進入相應子目錄，然后先運行make。不出意外的話，所有例子程序就會編譯成功，在nds-examples-xxxxxxxx文件夾（xxxxxxxx是日期版本號）內會多出一個bin子文件夾，里面是編譯出來的nds程序。如果有模擬器就可以運行了。
至此，NDS的編譯環境安裝完成，下面講解相對復雜的調試環境。
2.3，調試環境建立過程
可以說不使用價格昂貴的任天堂官方開發套件，構建NDS的調試環境是比較復雜的，該部分也是本文最復雜部分。
NDS調試環境搭有幾種方案選擇：
（1）選擇任天堂官方開發套件：價格昂貴，個人幾乎不可能購買。
（2）使用no$gba debugger版模擬器：收費，最便宜的$15的個人版功能有限，功能強大的企業版上千美元。而且只支持Windows系統。我用過個人版，調試過程是在no$gba軟件內部進行，非常不方便使用，不符合一般開發人員的使用習慣，而且功能實在有限。
（3）使用DeSmuME模擬器 + Insight。devkitPro提供編譯好的Insight，只支持Windows系統。
（4）使用DeSmuME模擬器 + GDB + DDD。這是我用過最習慣的最舒服的環境，而且支持Linux, Mac OS X系統。
主張開源，免費的我，方案（1）和（2）直接淘汰。對于方案（3），因為Insight是內部集成GDB調試器的，兩者不能獨立，而且在Linux和Mac OS X系統下Insight默認使用的GDB是i386架構的版本，讀者需要自行配置arm版本進行重新編譯，這種捆綁形式對我不是很感冒。因此，本文推薦方案（4），一方面由于DDD體積小，和GDB獨立，另一方面這個方案擴展性好。擴展性很重要，以后如果3DS, PSV等掌機破解后，可開發自制程序，都可以使用這個方案進行配置。
下面以Mac OS X系統上如何配置調試方案（4）進行詳述。
2.3.1 DeSmuME模擬器及調試功能的使用
DeSmuME是一款NDS模擬器，從玩游戲角度來說沒no$gba好，但對開發人員來說支持GDB調試接口。模擬器的Windows和Linux發行版直接集成了GDB stub接口，可直接使用。而且Mac OS X發行版默認不支持GDB stub，因此需要自行編譯源碼來支持。這不是本文的目的，因此我這里直接采用國外一高手編譯好的版本來使用。Mac OS X上的具體編譯過程可以參考：Installing DeSmuME from source on OS X
使用DeSmuME調試功能，需要命令行帶參數執行：
your_path/DeSmuME.app/Contents/MacOS/DeSmuME -arm9gdb 20000
兩點說明：
（1）Mac OS X的軟件實質上都是.app文件夾，真正的可執行程序在其Contents/MacOS/路徑下。因此，Windows版本和Linux版本無需前面部分，直接運行your_path/DeSmuME -arm9gdb 20000。這里的your_path是你電腦上存放DeSmuME的路徑。
（2）這里的參數-arm9gdb 20000：前面的 -arm9gdb 是指啟動arm9的代碼調試功能。20000是GDB遠程調試的IP端口號，按約常規的方式不要使用0?1023這1024個保留端號口。因為NDS有兩個CPU，如果要調試arm7部分的代碼，則使用-arm7gdb xxxx，即可。
按上面的命令行執行后，模擬器就會啟動，見圖3左。然后選擇菜單選擇相應的需要調的.nds自制程序，加載后效果見圖3右。
圖3. 左：帶GDB調試功能啟動模擬器。右：加載NDS可執行文件后的模擬器。
圖3右，模擬器顯示白色，下方顯示"Executing"，這說明此時模擬器已準備就緒，等待GDB調試器的遠程連接，并接受GDB發來的命令進行操作。至此，模擬器部分準備工作就緒。
2.3.2 GDB調試器功能的使用
一般一個特定平臺（如ARM或MIPS）的工具鏈中除了提供gcc, as, ld, objcopy等工具外，也同時會提供相應的gdb。devkitARM中提供的GDB位于路徑: devkitARM/bin/arm-none-eabi-gdb 。
要使用GDB調試程序，首先被調試程序必須含有可調試信息。這要求在編譯程序源碼時必須添加 -g 命令行參數，如：
gcc -g hello_world.c
在devkitARM工具鏈中生成的二進制文件中含有elf格式文件，后綴名也為.elf。這個elf文件就可以用來在GDB中進行調試。執行如下命令：
your_path/arm-none-eabi-gdb file_path/hello_world.elf
然后會進入GDB命令行。因為我們的程序需要和DeSmuME配合調試，程序本質上是在模擬器上運行，因此，GDB需要和DeSmuME建立IP連接，所以在GDB命令行中輸入以下命令：
target remote :2000
這條命令的原型為：target remote IP:port 。IP為需要被調試的目標的IP地址，port為端號口。因為我們的目標（模擬器）也在本機上，因為IP可以不寫，端口號一定要與模擬器運行時的一致。執行上述命令后，如果DeSmuME已經按上述設置好，GDB就能成功連接上模擬器，顯示圖4內容：
圖4. GDB成功連接上DeSmuME模擬器。
此時，可以輸入GDB命令控制模擬器，比如單步執行(Step, Next)，執行到下一個斷點(Continue)，顯示代碼(List)，設置斷點(Break)等等，具體可以參考GDB使用手冊。圖5為我讓顯示讓程序執行到斷點（37行）時的模擬器和GDB調試窗口的截圖。
圖5. GDB命令行配合DeSmuME調試NDS程序的效果。
這個例子中我調試的程序使用以下代碼，并使用-g參數編譯：
#include
#include
volatile int frame = 0;
//---------------------------------------------------------------------------------
void Vblank() {
//---------------------------------------------------------------------------------
frame++;
}
//---------------------------------------------------------------------------------
int main(void) {
//---------------------------------------------------------------------------------
touchPosition touchXY;
irqSet(IRQ_VBLANK, Vblank);
consoleDemoInit();
iprintf("
//iprintf("
//iprintf("
iprintf("\n
iprintf("
while(1) {
swiWaitForVBlank();
touchRead(&touchXY);
// print at using ansi escape sequence \x1b[line;columnH
iprintf("\x1b[10;0HFrame = %d",frame);
iprintf("\x1b[16;0HTouch x = X, X\n", touchXY.rawx, touchXY.px);
iprintf("Touch y = X, X\n", touchXY.rawy, touchXY.py);
}
return 0;
}
2.3.3 DDD功能的使用
DDD (Data Display Debugger)是一個圖形化調試前端工具，其本身沒有調試功能，需要配合GDB一起使用。Linux系統下安裝DDD非常方便，但在Mac OS X下就比較麻煩。首先講解如何在Mac OS X下如何安裝DDD，對于Linux系統這部分內容可以省略。
OS X上安裝DDD
DDD是標準的X11應用程序，X11和OS X系統之前有著很大關系，Apple公司專門有一個項目叫XQuartz，為使X11應用程序在OS X系統運行作努力。為使DDD能在OS X上運行，需要安裝以下兩個軟件：
（1）XQuartz：OS X 10.7自帶不用裝， 10.9需要另行安裝。
（2）Fink：引用wikipedia的一句話，The
這里我就不講如何安裝這兩個軟件了。假設你已安裝好這兩樣。
Fink使得你可以使用Debian的很多pkg安裝包，還帶了非常有用的ap-get命令。因此，熟悉Linux命令的讀者很容易上手。首先執行sudo apt-get update，然后sudo apt-get install ddd，即可完成DDD的安裝。
安裝好DDD后，我們現在使用它來配合DeSmuME調試程序（而不是命令行的GDB）。安照2.3.1節DeSmuME準備就緒后，運行如下代碼啟動DDD：
ddd --debugger your_path/arm-none-eabi-gdb file_path/hello_world.elf
這里的
（1）第一個參數--debugger，指定后面的your_path/arm-none-eabi-gdb作為DDD的調試用GDB；
（2）第二個參數file_path/hello_world.elf為需要被調試的帶-g編譯出來的elf文件，這和2.3.2節一樣。
如果輸入沒有錯誤，回車進入DDD調試窗口，窗口下方是GDB命令行子窗口。在這個命令行子窗口內同樣輸入以下命：
target remote :2000
此時，DDD內的GDB就能連接上模擬器，就可以進行圖形化調試之旅了。圖6是調試過程載圖：
圖6. DDD正確配置好后調試NDS的效果。
至此，本篇主要內容講完了。
后記：
（1）在OS X 10.9的系統中安裝Fink有點繁雜，但只要仔細按要求一步步操作就不會有問題。
（2）我在寫這篇博文時，用的OS X系統自帶的五筆中文輸入法，在按了caps lock鍵后可以轉換為英文輸文。但是在這樣的英文輸入狀態下，命令行啟動DDD時，DDD下方的GDB子窗口輸入英文就會變成亂碼，即使這時把中文關了也會輸入亂碼。最后發現必需在命令行啟動DDD時，輸放法狀態就得是標準英文輸入狀態。
（3）我一開始在DDD下方的GDB子窗口中不管輸入什么GDB命令都提示“waiting until GDB gets ready“錯誤，后google之后發現這是DDD的一個bug，只要按照這篇文章DDD - Bugs: bug #32949, "waiting until GDB gets...，先關閉DDD，然后修改~/.ddd/init文件內的一行：將set extended-prompt not set\n\
請待下篇....