系統(tǒng)調(diào)試信息的顯示方法

摘要：提出在目標系統(tǒng)脫離開發(fā)系統(tǒng)運行時，如何通過串口在Windows的超級終端軟件中顯示調(diào)試信息的一個具體方法。該方法有助于改進調(diào)試質(zhì)量、縮短調(diào)試周期。

1 ROM版本目標系統(tǒng)的調(diào)試問題

一般的目標系統(tǒng)在開發(fā)工具環(huán)境下的調(diào)試并不困難，但最終系統(tǒng)必須脫離開發(fā)工具獨立運行，即使在開發(fā)工具環(huán)境下完全正常的系統(tǒng)，ROM版本也往往會出現(xiàn)各種問題。原因有兩人：一是開發(fā)工具硬件環(huán)境和最終的目標硬件環(huán)境不完全相同；二是外部因素不同，實驗室中無法模擬現(xiàn)場的很多外部條件。對于硬件的調(diào)試，可以使用示波器等儀器；對于軟件的調(diào)試，一般方法則是顯示軟件運行中的各種信息（如變量）。

我們知道，C語言中的“printf（）”函數(shù)是學習C語言的人最了解和熟悉的一個函數(shù)。很多C語言教材一開始就以顯示“hello word”字符串來描述C語言的基本特片，其中唯一的語句就是調(diào)用“printf （）”函數(shù)。雖然該函數(shù)可以在屏幕上輸出信息，但一般的用戶軟件中只在調(diào)試時用它來顯示某些中間變量的結(jié)果，一旦程序調(diào)試完成，就將其刪除了，真正的應用信息（如菜單字符等）顯示往往其他的輸出函數(shù)。對于使用和學習C語言的程序員來說，printf（）由于可以同時輸出不同類型的數(shù)據(jù)，因此，它的使用是軟件調(diào)試的重要手段之一。

在TURBO C2.0編譯器中，printf（）函數(shù)的實現(xiàn)依賴于操作系統(tǒng)。在嵌入式系統(tǒng)中，往往沒有操作系統(tǒng)或者操作系統(tǒng)不提供這個功能，也可能沒有顯示輸出部件，或顯示設(shè)備的空間有限，只能用于顯示應用信息。最常用的方法是通過目標系統(tǒng)的一個串口將信息發(fā)送給PC機來顯示，PC機上可以使用Windows的“超級終端”軟件接受和顯示信息，如圖1所示。

這種系統(tǒng)的硬件很簡單，我們只說明軟件的實現(xiàn)方法。為此，我們必須設(shè)計專用的、可以顯示各種數(shù)據(jù)類型的printf（）函數(shù)，以達到從串口或其他途徑輸出信息的目的。一般的C函數(shù)不同，printf（）函數(shù)的參數(shù)數(shù)量和類型是可變的，這是編寫該函數(shù)的難點。要解決這個難是，必須先了解C函數(shù)參數(shù)傳遞的原理。

2 C函數(shù)的參數(shù)傳遞原理

C語言是一種計算機程序設(shè)計語言。它既具有高級語言的特點，又具有匯編語言的特點。它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計語言，編寫系統(tǒng)應用程序，也可以作為應用程序設(shè)計語言，編寫不依賴計算機硬件的應用程序。因此，它的應用范圍廣泛，不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且各類科研都需要用到C語言，具體應用比如單片機以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。

C語言  avr單片機c語言高級程序設(shè)計是一種成功的系統(tǒng)描述語言，用C語言開發(fā)的UNIX操作系統(tǒng)就是一個成功的范例；同時C語言又是一種通用的程序設(shè)計語言，在國際上廣泛流行。世界上很多著名的計算公司都成功的開發(fā)了不同版本的C語言，很多優(yōu)秀的應用程序也都使用C語言開發(fā)的，它是一種很有發(fā)展前途的高級程序設(shè)計語言。

在大部分情況下，C語言是通過堆棧存儲器來傳遞參數(shù)（也有例外，C51的小模式則通過寄存器傳遞參數(shù)）。對于非指針類型，傳遞的不是原來類型的數(shù)據(jù)，而是對參數(shù)進行了類型轉(zhuǎn)換，如字符類型（char）變成整型（int）拷貝到堆棧中、浮點類型（float）變成雙精度類型（double），如表1所列。表1中未列出的，則沒有轉(zhuǎn)換[4]。

表1

對于像字符數(shù)組之類的指針參數(shù)，是將指針拷貝到堆棧中，而不是將數(shù)組中的所有內(nèi)容傳送到堆棧中。比如，對函數(shù)fun（char *STr，int i,float &a）的調(diào)用：

char str[10]=“welcome”；

int i=100; float a=1.14;

……

fun（str,i,&a）；

各個參烽str,i在堆棧中按先右后左的次序存放，表2所列為調(diào)用函數(shù)fun（ ）開始時堆棧中的參數(shù)存放情況。此時函數(shù)fun（）的代碼上尚未執(zhí)行，函數(shù)中的局部變量也是在堆棧中，所以在函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后，局部變量將消失。

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表2 函數(shù)調(diào)用時的參數(shù)在堆棧中的存儲情況（X86環(huán)境）

表2說明了兩個問題：第一個問題是，每個參數(shù)在堆棧中的存儲長度和參數(shù)的類型有關(guān)。對于指針類型參數(shù)，參數(shù)長度和編譯模式有關(guān)：大模式下，地址包括段地址和偏移地址，共4字節(jié)；而小模式下，地址只有段內(nèi)偏移，占2字節(jié)。第二個問題是，如果知道其中的一個參數(shù)地址和參數(shù)的類型，則可以得到任意參數(shù)的數(shù)值，并不需要知道參數(shù)的名稱。比如在函數(shù)fun（）中，可用以下代碼顯示各個參數(shù)的內(nèi)容：

　　void fun（char *str,int i,float *a）

　　{

　　void *p

　　p=&str;

　　printf（"str=%s",str）； p=（char **）p+1;

　　printf（"i=%d" （（int*）p））；p=（int *）p+1;

　　printf（"i=%d" *（（float *）p））；

　　}

3 PC機上的printf（）函數(shù)的設(shè)計實現(xiàn)

現(xiàn)在，可以編寫自己的printf（）函數(shù)了。以下給出TC20編譯環(huán)境下的具體實現(xiàn)代碼，在其他環(huán)境下，可以根據(jù)該原理進行移植。也可以按位顯示二進制數(shù)。對于其他類型，讀者可以根據(jù)需要增刪。

在實際應用中，可以修改其中的putchar（）函數(shù)，將字符發(fā)到串口，就可以達到上述目的了。這里我們編寫的函數(shù)還增加了數(shù)字的二進制顯示，這對于很多位域應用是很有用處的。

　　/*printf（）函數(shù)的實現(xiàn)代碼，為和庫函數(shù)區(qū)別，特在各函數(shù)前增加前綴“my”*/

　　void myprintf（char *fmt,…）

　　{

　　void *p;

　　char ch;

　　p=&fmt;p=（char**）p+1;/*指向堆棧中的下一個參數(shù)*/

　　while（1）{

　　while（（ch=*fmt++）！='%'{/*讀入格式字符串*/

　　if（ch= ='0'）return;

　　putchar（ch）；

　　};

　　ch=*fmt++;

　　switch（ch）{ /*格式字符分析*/

　　/*因為字符參數(shù)傳遞時也轉(zhuǎn)換成整形參數(shù)傳遞，故同樣處理*/

　　case 'c':

　　case'd':

　　case'x':

　　case'0':

　　case'b':

　　if（ch= ='c'）myputchar（*（int *）p））；

　　if（ch= ='d'）myprintn（*（（int *）p），10）；

　　if（ch= ='x'）myprintn（*（（int *）p），16）；

　　if（ch= ='o'）myprintn（*（（int *）p），8）；

　　if（ch= ='b'）myprintn（*（（int *）p），2）；

　　p=（int）p+1; /*指針移動*/

　　break;

　　case's':

　　myputs（*（（char **）p））；

　　p=（char **）p+1; /*指針移動*/

　　break;

　　default;

　　};

　　}

　　}

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　　void myputs（char str） /*顯示一個字符*/

　　{

　　while（（*str）！='0'）myputchar（'str++）；

　　}

　　/*顯示任意進制的數(shù)值，b為二、八、十、十六等進制數(shù)*/

　　void myprintn（int,n,int b）

　　{

　　if（b= =16）{ myprintx（n）； return; }

　　if（n<0）{ myputchar（'-'）； n=-n; };

　　if（n/b）

　　myprintn（n/b,b）；

　　myputchar（n%b+'0'）；

　　}

　　void myprintx（int n） /*以十六進制顯示1個數(shù)字*/

　　{

　　signed char i;

　　for（i=3;i>=0;i--）

　　if（（（n》i*4）&0x0f）>=10）

　　/*當10，11…時，顯示'a','b',…'f',*/

　　myputchar（（（n》i*4）&0x0f）-10+'a'）；

　　else myputchar（（（n》i*4）&0x0f）+'0'）；

　　}

　　/*

　　*在很多嵌入式系統(tǒng)中，并不存在PC一樣的標準顯示設(shè)備，

　　*通過修改該函數(shù)，可以將字符“ch”發(fā)送到串口，或者目

　　*標系統(tǒng)中的LED、LCD等顯示器件。這樣，就可以在脫

　　*離開發(fā)系統(tǒng)情況下顯示調(diào)試信息，從而調(diào)試目標系統(tǒng)的軟

　　*件或硬件。

　　*/

　　void myputchar（int ch）

　　{

　　……；/*此函數(shù)可供修改，將字符“ch”送到SBUF或其他顯示器件就可以了*/

　　}

4 超級終端軟件的使用

超級終端，即計算機顯示終端，是計算機系統(tǒng)的輸入、輸出設(shè)備。計算機顯示終端伴隨主機時代的集中處理模式而產(chǎn)生，并隨著計算技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。迄今為止，計算技術(shù)經(jīng)歷了主機時代、PC時代和網(wǎng)絡(luò)計算時代這三個發(fā)展時期，終端與計算技術(shù)發(fā)展的三個階段相適應，應用也經(jīng)歷了字符啞終端、圖形終端和網(wǎng)絡(luò)終端這三個形態(tài)。超級終端是一個通用的串行交互軟件，很多嵌入式應用的系統(tǒng)有與之交換的相應程序，通過這些程序，可以通過超級終端與嵌入式系統(tǒng)交互，使超級終端成為嵌入式系統(tǒng)的“顯示器”。

打開Windows的“超級終端”軟件，再打開“hypertrm”，新建一個終端會話。在該會話的“屬性u35774設(shè)置u32456終端仿真”菜單下，將終端仿真類型設(shè)置為VT100[5]；在“屬性u35774設(shè)置u32456終端設(shè)置u23383字符集”菜單下設(shè)置字符集為“ASCII”；在“屬性u36830連接到u37197配置u24120常規(guī)u26368最快速度”下設(shè)置通信波特率和目錄系統(tǒng)一致，并將該對話框下“僅以該速度連接打開”設(shè)置選中；在“屬性u36830連接到u37197配置u36830連接u36830連接首選項”下設(shè)置傳送數(shù)據(jù)位數(shù)、校驗方式。

超級終端的原理是將用戶輸入隨時發(fā)向串口（采用TCP協(xié)議時是發(fā)往網(wǎng)口，這里只說串口的情況），但并不顯示輸入。它顯示的是從串口接收到的字符。所以，嵌入式系統(tǒng)的相應程序應該完成的任務便是：

1、將自己的啟動信息、過程信息主動發(fā)到運行有超級終端的主機；

2、將接收到的字符返回到主機，同時發(fā)送需要顯示的字符（如命令的響應等）到主機。

在用超級終端顯示時，唯一要求發(fā)送的數(shù)據(jù)必須以ASCII碼形式發(fā)送（上述printf（）函數(shù)就是如此）。如果要求交互式雙向數(shù)據(jù)傳送，請參考VT100文檔[5]。對于字符和控制的說明，這里不再描述。