調(diào)試Cortex-M MCU的5個(gè)小點(diǎn)介紹

調(diào)試嵌入式軟件是我最不喜歡的活動(dòng)，但不幸的是它是一個(gè)必要的惡魔。值得慶幸的是，技術(shù)和工具鏈創(chuàng)新的進(jìn)步帶來了大量技術(shù)，可以大大加快調(diào)試過程。讓我們來看看其中的一些，從傳統(tǒng)的斷點(diǎn)調(diào)試開始，再到更高級(jí)的儀器跟蹤技術(shù)。

1 -傳統(tǒng)的斷點(diǎn)調(diào)試

每個(gè)開發(fā)人員都熟悉傳統(tǒng)的調(diào)試技術(shù)，即設(shè)置斷點(diǎn)，執(zhí)行代碼，然后在監(jiān)視寄存器和變量值的同時(shí)逐步執(zhí)行代碼。斷點(diǎn)調(diào)試是一種我認(rèn)為比其他技術(shù)更常用的技術(shù)。然而，這令人沮喪，因?yàn)閿帱c(diǎn)調(diào)試效率低下并且通常會(huì)產(chǎn)生次優(yōu)結(jié)果。

那么，為什么經(jīng)常使用斷點(diǎn)呢？主要原因似乎是因?yàn)閿帱c(diǎn)易于使用，易于訪問，開發(fā)人員樂觀地認(rèn)為斷點(diǎn)是工作的正確工具。樂觀主義需要磨練。斷點(diǎn)有可能破壞系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能，并且可能會(huì)讓開發(fā)人員陷入無休止的單一步驟，盲目地尋找解決問題的方法。

2 -IDE值繪制

現(xiàn)在幾乎所有現(xiàn)代調(diào)試器和IDE都允許開發(fā)人員監(jiān)視存儲(chǔ)在內(nèi)存位置中的值，例如變量。開發(fā)人員選擇內(nèi)存位置和值刷新率，然后啟動(dòng)調(diào)試會(huì)話。某些IDE能夠監(jiān)視IDE內(nèi)置的值，而其他IDE則依賴于使用外部軟件。

值監(jiān)控非常有用，但如果被監(jiān)控的數(shù)據(jù)與圖形表示相關(guān)聯(lián)，那么它就更有價(jià)值。實(shí)時(shí)繪制數(shù)據(jù)值對(duì)于發(fā)現(xiàn)意外更改或驗(yàn)證是否生成特定波形非常有用。以三相BLDC電機(jī)為例。開發(fā)人員可能希望監(jiān)控每個(gè)電機(jī)支路上的電流和電壓，這需要生成非常特定的波形以驅(qū)動(dòng)電機(jī)。繪制每個(gè)電機(jī)支路上的電壓和電流可以使開發(fā)人員實(shí)時(shí)查看正在發(fā)生的情況。

3 -重新啟動(dòng) printf 到SWO

在更高端的ARM Cortex-M部件上，例如M3/M4，為開發(fā)人員提供了額外的調(diào)試功能，稱為串行線查看器（SWV）。除串行線輸出（SWO）外，SWV還包括標(biāo)準(zhǔn)串行線調(diào)試器。 SWO可用于執(zhí)行非?？岬牟僮?，例如檢索程序計(jì)數(shù)器，事件計(jì)數(shù)器和跟蹤數(shù)據(jù)等等。開發(fā)人員可以自定義他們希望通過SWO傳輸?shù)?a target="_blank">信息。

許多開發(fā)人員設(shè)置 printf 以從其嵌入式系統(tǒng)獲取調(diào)試信息。開發(fā)人員可以使用SWO通過調(diào)試器重新路由 printf 信息，而不是在微控制器上使用串行引腳。以這種方式使用調(diào)試器可以節(jié)省對(duì)專用串行接口的需求，消除UART或USB設(shè)備的開發(fā)時(shí)間，并且效率更高。最初在應(yīng)用程序中使用的開銷現(xiàn)在通過SWO和調(diào)試硬件卸載，這節(jié)省了應(yīng)用程序代碼本來使用的寶貴時(shí)鐘周期。

4 -RTOS跟蹤

嘗試透過RTOS所做的面紗可能非常具有挑戰(zhàn)性。開發(fā)人員不希望干擾實(shí)時(shí)系統(tǒng)性能，但仍需要一些方法來理解系統(tǒng)的行為。 Blinky LED通常是最常用的技巧，但最近的跟蹤工具為開發(fā)人員的工具箱添加了一項(xiàng)驚人的技術(shù)。存在免費(fèi)和商用的RTOS跟蹤工具，例如TraceX，SystemView和Tracealyzer等。

跟蹤工具允許開發(fā)人員分析RTOS何時(shí)空閑以及何時(shí)進(jìn)入和退出每個(gè)任務(wù)。開發(fā)人員可以監(jiān)視系統(tǒng)異常，響應(yīng)時(shí)間，執(zhí)行時(shí)間以及正確開發(fā)嵌入式系統(tǒng)所需的許多其他關(guān)鍵細(xì)節(jié)。 RTOS跟蹤工具中最酷的功能是能夠繪制系統(tǒng)中發(fā)生的情況。實(shí)時(shí)或在記錄的日志中查看和監(jiān)視時(shí)序圖可以幫助開發(fā)人員獲得系統(tǒng)按預(yù)期工作的置信度，或幫助他們發(fā)現(xiàn)本來需要花費(fèi)大量時(shí)間才能發(fā)現(xiàn)的小問題。

5 -使用指令跟蹤技術(shù)（ETM/ETB/ETM）

有時(shí)開發(fā)人員面臨調(diào)試問題，這些問題處于可以想到的最低級(jí)別處理器。存在可以監(jiān)視處理器執(zhí)行的各個(gè)指令的跟蹤技術(shù)。在測試和驗(yàn)證軟件時(shí)，這種低級(jí)別跟蹤可用于監(jiān)視分支覆蓋。用于指令跟蹤的調(diào)試器工具與開發(fā)人員用于串行線查看的工具不同，通常會(huì)花費(fèi)更多。

結(jié)束思路

過去幾年，調(diào)試工具和技術(shù)發(fā)展迅速，特別是對(duì)于高端微控制器。一般來說，工程師是視覺生物，工具供應(yīng)商正在尋找方法以視覺刺激的方式揭示實(shí)時(shí)系統(tǒng)中究竟發(fā)生了什么。設(shè)置調(diào)試工具可能需要一些前期時(shí)間，但是花費(fèi)更少的時(shí)間進(jìn)行調(diào)試和更多時(shí)間設(shè)計(jì)的潛力值得投入時(shí)間。開發(fā)人員至少應(yīng)熟悉可用的不同調(diào)試工具和功能，以便在出現(xiàn)問題并需要調(diào)試系統(tǒng)時(shí)，他們可以選擇合適的工具來完成工作。您使用的其他技術(shù)是什么幫助工程師更快，更有效地調(diào)試他們的系統(tǒng)？