嵌入式开发:ARM Cortex-M微控制器的5种调试技巧

　　调试嵌入式软件是必要的，值得庆幸的是，技术和工具链创新的最新进展已经产生了大量技术来帮助嵌入式开发人员大幅加快调试过程。让我们研究一些技术，从传统的断点调试开始，到更高级的仪器跟踪技术。

　　技巧1——传统的断点调试

　　每个开发人员都熟悉用于设置断点、执行代码然后在监视寄存器和变量值的同时单步执行代码的传统调试技术。断点调试是一种比任何其他技术使用得更多的技术，因为它效率最低并且通常产生次优结果。

　　为什么经常使用断点?断点被如此频繁地使用是因为它们易于使用、易于访问。断点有可能破坏系统的实时性能，并且可以让开发人员无休止地单步执行代码，盲目地寻找问题的解决方案。

　　技术 2 – IDE 值图

　　几乎所有的调试器和IDE现在都允许开发人员监视存储在内存位置(例如变量)中的值。开发人员选择内存位置、值刷新率，然后启动调试会话。价值监控可能非常有用，但如果被监控的数据与图形表示相关联，则价值更高。一些IDE能够监控内置于IDE中的值，而另一些则依赖于使用外部软件。

　　实时绘制数据值对于发现意外变化或验证是否生成了特定波形非常有用。以三相 BLDC电机为例，嵌入式开发人员可能想要监控每个电机支路的电流和电压，为了驱动电机，需要生成一个非常特定的波形，绘制每个电机腿上的电压和电流可以让开发人员实时可视化正在发生的事情。

　　技术 3 – 将printf重新路由到SWO

　　在M3/M4等更高端的ARM Cortex-M部件上，为开发人员提供了额外的调试功能，称为串行线查看器 (SWV)，除了串行线输出 (SWO) 之外，SWV还包括标准串行线调试器，SWO可以用来做一些很酷的事情，比如检索程序计数器、事件计数器和跟踪数据等等。开发人员可以自定义他们希望通过SWO传输的信息。

　　许多开发人员设置printf是为了从他们的嵌入式系统中获取调试信息。开发人员可以使用SWO通过调试器重新路由printf信息，而不是在微控制器上使用串行引脚。以这种方式使用调试器可以节省对专用串行接口的需求、UART或USB设备的开发时间，并且效率更高!原本会在应用程序中使用的开销现在通过SWO 和调试硬件卸载，从而节省了原本由应用程序代码使用的宝贵时钟周期。

　　技术 4 – RTOS跟踪

　　试图透过面纱窥探RTOS正在做什么是非常具有挑战性的。开发人员不想干扰实时系统性能，但仍然需要一些方法来了解系统。最近跟踪工具为嵌入式开发人员的工具箱添加了一项惊人的技术，存在免费和商业可用的 RTOS 跟踪工具，例如 TraceX、SystemView 和 Tracealyzer 等等。

　　跟踪工具允许开发人员分析RTOS何时空闲以及何时进入和退出每个任务。开发人员可以监控系统异常、响应时间、执行时间和我们正确开发嵌入式系统所需的许多其他关键细节，RTOS 跟踪工具中最酷的功能是它们能够可视化和绘制系统中正在发生的事情。实时或在记录的日志中查看和监控时序图有助于确定系统按预期工作的置信度，或有助于发现原本需要花费大量时间才能发现的小问题。

　　技巧 5 – 使用指令跟踪技术 (ETM/ETB/ETM)

　　有时，开发人员面临的调试问题只是处理器中可以想象的最低级别。存在可以监视处理器执行的单个指令的跟踪技术。在测试和验证软件时，这种低级别的监控对于监控分支覆盖率很有用。用于指令跟踪的调试器工具与开发人员用于串行线查看的调试器工具不同，并且通常花费更多。

　　结语

　　调试工具和技术在过去几年中迅速发展，尤其是对于高端微控制器。一般来说，工程师都是视觉动物，工具供应商正在寻找以视觉刺激的方式揭示实时系统中到底发生了什么的方法。设置调试工具可能需要一些前期设置时间，但花费更少时间调试和更多时间设计的潜力非常值得时间投资。至少，嵌入式开发人员应该熟悉他们可用的不同调试工具和功能，以便在出现问题并且需要调试系统时，他们知道存在正确的工具来完成工作。