加速調試嵌入式軟件的五個技巧

調試嵌入式軟件是我最不喜歡的行為，不幸地是，它卻是必要的。值得慶幸地是，技術和工具鏈創(chuàng)新的進步衍生出大量的新技術，從而大大地加快了調試過程。下面讓我們來看看其中一些方法，從傳統(tǒng)的斷點調試出發(fā)到更先進的儀器跟蹤技術。
技巧1# - 傳統(tǒng)的斷點調試
每個開發(fā)人員都熟悉傳統(tǒng)的調試技術，設置斷點、執(zhí)行代碼，然后單步調試代碼進行監(jiān)視，同時監(jiān)視寄存器和變量值。斷點調試是我看到的使用最多的技術。然而，結果卻不甚樂觀，因為斷點調試的效率較低，通常會產生次優(yōu)的結果。
既然如此，為什么大家還如此頻繁地使用斷點調試呢？主要原因似乎是斷點調試便于使用，易于理解，并且開發(fā)人員都樂觀地認為，對于工作而言，斷點是正確的工具。這種樂觀需要校驗。斷點有可能破壞系統(tǒng)的實時性能，同時會將開發(fā)者吸進一個黑洞，使其無休止地去單步執(zhí)行代碼，盲目地尋找問題的一種解決方法。
技巧2#- IDE值圖
如今，幾乎所有的現(xiàn)代調試器和IDE都允許開發(fā)者監(jiān)視存儲在內存中的變量值。開發(fā)人員可以選擇內存位置以及值刷新率，然后啟動調試會話。一些IDE自身就有能力監(jiān)視內置到IDE的值，而另外一些IDE則需要依靠外部軟件。
值監(jiān)測非常有用，如果將監(jiān)測到的數據與圖形化表示關聯(lián)到一起，其帶來的價值則更大。對實時的數據繪制值圖對于發(fā)現(xiàn)意想不到的變化和驗證特定波形的生成極其有用。例如，一個三相無刷直流電機（BLDC motor）。開發(fā)人員如果想要監(jiān)測每個電機支架的電流和電壓，則需要驅動電機所形成的非常具體的波形。繪制每個電機支架電流和電壓能夠讓開發(fā)人員實時看到發(fā)生的事情。
技巧3#-從printf到SWO
在高端的ARM Cortex-M系列配件中，如M3/M4，它為開發(fā)人員提供了額外的調試能力，即串行線查看器（Serial Wire Viewer，SWV）。SWV還包括除串行線輸出（SWO）以外的標準串行線調試。SWO可以用來做很酷的東西，如程序檢索計數器，事件計數器，及數據追蹤等。開發(fā)者還可以對它們進行自定義，設置自己想要在SWO中傳送的信息。
許多開發(fā)者為了從他們的嵌入式系統(tǒng)中獲取調試信息通常會設置printf。實際上則并不是在單片機中使用串口引腳，而是開發(fā)人員可以使用SWO通過調試器重新路由printf信息。以這種方式使用調試器可以保存專用串行接口的需要，同時消除了開發(fā)UART和USB設備的時間，效率更高。現(xiàn)在通過SWO和調試硬件將最初被應用程序所使用的開銷卸去，縮減了那些有可能被應用程序代碼使用的寶貴的時鐘周期。
技巧4#-RTOS跟蹤
試圖透過表像看清一個實時操作系統(tǒng)中（RTOS）的本質可以說是相當具有挑戰(zhàn)性。開發(fā)者并不想擾亂實時系統(tǒng)的性能，但仍然需要一些方法來了解系統(tǒng)的行為。這也是Blinky LED經常使用的把戲，但最近開發(fā)者的工具箱中增加了更多驚人的跟蹤工具。例如免費的商用RTOS工具，如TraceX、SystemView和tracealyzer等等。
當RTOS閑置，或是有任務進入和退出時，跟蹤工具允許開發(fā)者進行追蹤分析。開發(fā)人員可以監(jiān)控系統(tǒng)的異常，響應時間，執(zhí)行時間，以及正確開發(fā)一個嵌入式系統(tǒng)所需的許多其他關鍵細節(jié)。RTOS跟蹤工具最酷的功能是它們能夠展示系統(tǒng)內部發(fā)生了什么。實時地或是在日志文件中進行審查和時序圖監(jiān)視，能夠讓開發(fā)者確定一個置信水平，用以估量系統(tǒng)是否能夠按預期正常運行，或者幫助他們發(fā)現(xiàn)一些小問題，否則將花費大量的時間去尋找。
技巧5 #- 使用指令追蹤技術（ETM / ETB / ETM）
有時開發(fā)人員面臨的調試問題，只是在處理器中所能想象到的最低層面的問題。跟蹤技術的存在，可以監(jiān)視處理器執(zhí)行的單個指令。在測試和驗證軟件時這種低水平跟蹤對于監(jiān)測分支覆蓋非常有用。用于指令跟蹤的調試工具不同于那些開發(fā)人員使用的串行線查看，而且成本略高。
結束語
調試工具和技術在過去幾年里迅速發(fā)展，特別是高端微控制器。一般來講，工程師都是視覺型生物，工具供應商正在尋找方法以刺激視覺的方式來揭示一個實時系統(tǒng)究竟發(fā)生什么。配置調試工具可能需要做一些前期工作，但是在設計上多花一點時間可以換來更少的調試時間，確實是一筆非常值得的時間投資。開發(fā)人員至少應該熟悉不同的調試工具和可用的功能，以便在出現(xiàn)問題，系統(tǒng)需要調試時，他們可以選擇合適的工具完成任務。你有用過其它可以幫助工程師更快、更有效率地調試他們系統(tǒng)的技術么？0次