淺談單片機(jī)調(diào)試方法
1. 利用I/O
1.1 利用LED進(jìn)行可視化管理
這種方法需要有多余的I/O。(如果可能，也可以將實(shí)現(xiàn)次要功能的I/O暫時(shí)借來(lái)一用。)
其電路很簡(jiǎn)單，一個(gè)LED通過(guò)限流電阻接到VCC電源。I/O設(shè)置為輸出方式。
我們可以用下面的宏來(lái)定義LED的操作。
#define LED_YELLOW_ON() PA6D=0
#define LED_YELLOW_OFF() PA6D=1
#define LED_YELLOW_FLASH() PA6D^=1
舉個(gè)例子說(shuō)明它的用法。在低功耗的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，我們一般采用“睡眠à醒來(lái)工作à睡眠à醒來(lái)工作”的工作模式，其程序結(jié)構(gòu)如下：
while(1)
{
HLT = 1; //進(jìn)入睡眠
nop();
clear_WDT(); //清看門狗
//醒來(lái)，處理各種事務(wù)
}
如果我們?cè)诔绦蛐褋?lái)時(shí)點(diǎn)亮LED，事務(wù)處理完畢時(shí)熄滅LED，那么我們就能“看見(jiàn)”程序的工作狀態(tài)，LED將周期性地閃爍。這就是我們稱之為可視化管理的原因。(不記得在哪本書(shū)上看到“可視化管理”這個(gè)概念，我借用一下)
其軟件結(jié)構(gòu)是這樣：
while(1)
{
HLT = 1; //進(jìn)入睡眠
nop();
clear_WDT(); //清看門狗
LED_YELLOW_ON(); // debug
//醒來(lái)，處理各種事務(wù)
LED_YELLOW_OFF(); // debug
}
其實(shí)有些仿真器已經(jīng)提供了這種監(jiān)視程序睡眠狀態(tài)的方法。如果沒(méi)有提供，就可以用以上方法自行實(shí)現(xiàn)。
它的使用很靈活。比如可以用來(lái)在雙時(shí)鐘系統(tǒng)中監(jiān)視快時(shí)鐘的打開(kāi)和關(guān)閉情況(慢時(shí)鐘一般總是打開(kāi)，因?yàn)橐米鲗?shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)鐘源，而且慢時(shí)鐘耗電很小)。你可以在打開(kāi)快時(shí)鐘時(shí)點(diǎn)亮LED,關(guān)閉快時(shí)鐘時(shí)熄滅LED,這樣一來(lái)快時(shí)鐘的打開(kāi)和關(guān)閉就一目了然了。
你也可以在某個(gè)中斷中將LED的狀態(tài)取反(使用LED_YELLOW_FLASH())，用來(lái)監(jiān)視此中斷的產(chǎn)生是否正常。雖然設(shè)置斷點(diǎn)也可以知道中斷是否產(chǎn)生，但會(huì)中斷程序的執(zhí)行，造成不便。
如果你想知道程序有沒(méi)有執(zhí)行到某個(gè)地方，你也可以將LED_YELLOW_FLASH()放到該位置。
依次類推，你可以用這個(gè)方法觀察任何你想觀察的事件。
當(dāng)然你必須互斥地觀察不同的事件。就是說(shuō)，對(duì)于一個(gè)LED，在一次調(diào)試中，一般只能觀察一個(gè)事件，否則你自己也弄不清LED的變化到底是代表發(fā)生哪一事件。
另外，你還可以同時(shí)使用兩個(gè)或者更多不同顏色的LED來(lái)監(jiān)視不同的事件，前提你有多余的I/O。
不中斷程序的執(zhí)行，又能看到程序的執(zhí)行情況，應(yīng)該說(shuō)是一種很有效的調(diào)試程序的方法。相比開(kāi)發(fā)工具所提供的單步、斷點(diǎn)、觀察變量等調(diào)試手段，這可以算是一種有效的補(bǔ)充。
1.2 利用示波器測(cè)試時(shí)間
利用上面的方法，再加一個(gè)示波器，就可以測(cè)量程序執(zhí)行的時(shí)間了。(你可以自己決定接不接LED)。
比如，在初始化程序中，在打開(kāi)總中斷之前，寫(xiě)如下代碼：
LED_YELLOW_ON();
nop();
LED_YELLOW_OFF();
使用示波器，在捕獲模式下，你應(yīng)該能捕獲到一個(gè)脈沖，測(cè)試它的寬度，假如為30.5us。以O(shè)KI ML610Q431為例，一條nop指令包括1 cycles，1 cycles包括1 system clock。這里system clock等于振蕩周期。(注意，不同的單片機(jī)對(duì)cycles, system clock的定義是不同的，需要參考各自的用戶手冊(cè))。
那么我們可以這樣計(jì)算振蕩器的頻率：1*1*(1/f)=30.5/1000000.
f=32786Hz
當(dāng)然，如果示波器測(cè)量精度不夠，可以多放幾個(gè)nop指令，計(jì)算時(shí)再求平均。如果嫌示波器的捕獲模式太麻煩，還可以采用循環(huán)結(jié)構(gòu)，輸出一串方波。比如：
while(1)
{
LED_YELLOW_ON();
nop();
LED_YELLOW_OFF();
nop();
clear_WDT(); //清看門狗
}
這種方法的使用也很靈活。你可以用來(lái)測(cè)試主循環(huán)的執(zhí)行時(shí)間，調(diào)用某個(gè)函數(shù)所花的時(shí)間，以及某個(gè)中斷處理的時(shí)間(不包括響應(yīng)中斷和退出中斷的時(shí)間)等等。
當(dāng)你發(fā)現(xiàn)某些時(shí)候主循環(huán)的執(zhí)行時(shí)間特別長(zhǎng)時(shí)，可以采用逐步縮小范圍的方法來(lái)找出到底是哪個(gè)函數(shù)花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，有沒(méi)有可能將其優(yōu)化。
下面是測(cè)試主循環(huán)執(zhí)行時(shí)間的程序結(jié)構(gòu)。
while(1)
{
HLT = 1; //進(jìn)入睡眠
nop();
clear_WDT(); //清看門狗
LED_YELLOW_ON(); // debug
Fun1();
Fun2();
Fun3();
Fun4();
LED_YELLOW_OFF(); // debug
}
如果發(fā)現(xiàn)上面的執(zhí)行時(shí)間異常(比如太長(zhǎng))，你可以調(diào)整測(cè)試的位置，如下所示：
while(1)
{
HLT = 1; //進(jìn)入睡眠
nop();
clear_WDT(); //清看門狗
Fun1();
LED_YELLOW_ON(); // debug
Fun2();
Fun3();
Fun4();
LED_YELLOW_OFF(); // debug
}
這樣，你就可以確定執(zhí)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)是不是因?yàn)镕un1()引起。如果不是，則繼續(xù)調(diào)整測(cè)試位置，逐個(gè)排除，直到找到真正費(fèi)時(shí)的函數(shù)，對(duì)其進(jìn)行分析，看看有沒(méi)有可能優(yōu)化。
當(dāng)然，我們還可以用兩個(gè)或更多I/O對(duì)多個(gè)事件進(jìn)行邏輯分析，觀察他們的先后順序以及測(cè)試其時(shí)間間隔。這種方法也很有用，很靈活。在此不詳述。
2. 利用LCD進(jìn)行可視化管理
如果你的產(chǎn)品帶LCD顯示，又沒(méi)有多余的IO可供調(diào)試，或者你只是想臨時(shí)的調(diào)試某個(gè)功能，那么你可以臨時(shí)使用LCD上的某個(gè)圖標(biāo)來(lái)指示某個(gè)事件。當(dāng)某個(gè)事情發(fā)生時(shí)，顯示該圖標(biāo)，否則清除該圖標(biāo)。
如果想在程序運(yùn)行中獲得更復(fù)雜、更豐富的信息，可以對(duì)不同的事件顯示不同的數(shù)值。
3. 小結(jié)
不中斷程序的執(zhí)行，又能觀察程序的執(zhí)行情況，應(yīng)該說(shuō)是一種很有效的調(diào)試程序的方法。相比開(kāi)發(fā)工具所提供的單步、斷點(diǎn)、觀察變量等調(diào)試手段，這可以算是一種有效的補(bǔ)充。
實(shí)際上，這些調(diào)試方法很像PC應(yīng)用開(kāi)發(fā)的printf調(diào)試手段。它可以在不打斷程序運(yùn)行
的情況下，借助于I/O，LED，示波器，數(shù)碼管或LCD顯示，給出各種各樣的提示信息，幫助我們調(diào)試程序。
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