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小昭debug嵌入式

已于 2024-09-11 02:27:42 修改

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分类专栏：单片机 RTOS 文章标签：单片机汽车

于 2024-09-10 22:45:34 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_43746325/article/details/142111131

在日常开发中，总会遇到一些出人意料的bug，程序跑飞，上电就挂，程序没有按预期执行诸如此类的问题，没有好的调试方法，真的很难定位问题，更别说解决了。在这里分享我用过的一些调试方法，抛砖引玉。

MCU调试

学生时代大家都知道在线调试，这个可以实时查看外设寄存器、cpu通用寄存器数据以及堆栈，可以打上软断点（有数量限制）。这种调试属于侵入式调试，有缺点。

咱们以stm32为例，使用 J-Link 进行调试时，涉及的调试技术和接口主要是 JTAG 或 SWD（Serial Wire Debug），这两种接口允许调试器控制目标微控制器的状态，执行读取内存、设置断点等操作。这种调试方式属于侵入式调试，因为它会对系统的正常运行产生干扰。接下来，我将详细解释这种调试的具体实现及其原理。

调试接口

STM32 微控制器通常支持以下两种调试接口：

JTAG（Joint Test Action Group）：这是早期常见的调试协议，使用多个引脚进行调试，通常需要 5-6 根信号线（如 TCK、TMS、TDI、TDO、TRST 等）。这种接口提供了比较丰富的调试和测试功能。
SWD（Serial Wire Debug）：这是 ARM Cortex-M 微控制器系列的标准调试接口，它是 JTAG 的简化版，只需要 2 根信号线（SWDIO 和 SWCLK）就能进行全功能的调试和编程，因此更节省引脚资源，尤其适用于嵌入式系统。

侵入式调试原理

侵入式调试的核心是在调试器与 MCU 之间建立一种交互式控制，通过调试接口向 MCU 发出命令，读取 MCU 状态或改变其执行流程。调试器会通过调试接口连接 MCU 的内部调试单元（例如 ARM Cortex-M 核心中的 CoreSight 调试架构）。具体操作如下：

步骤：

连接调试接口：J-Link 通过 JTAG 或 SWD 连接到 STM32 芯片，调试器可以通过这些接口访问 MCU 的内部寄存器、内存和其他调试资源。
调试器控制 MCU：
- 单步执行（Single Stepping）：调试器能够让 MCU 一次执行一条指令，方便用户逐行查看代码的执行情况。
- 设置断点（Breakpoint）：用户可以在程序的某个位置设置断点，当 MCU 执行到这个位置时，它会自动暂停，让用户检查程序状态。
- 修改寄存器/内存：调试器可以直接修改 MCU 内部寄存器或存储器的值，允许用户在不重新编译代码的情况下改变程序的行为。
暂停和恢复运行：在调试过程中，调试器会暂停 MCU 的正常执行，这就是侵入式调试的侵入性部分。暂停后，调试器可以获取当前的寄存器值、内存内容等调试信息。调试结束后，调试器会恢复 MCU 的运行。

调试时的影响：

实时性丢失：由于在调试过程中 MCU 被暂停执行，因此 MCU 不再能够实时响应外部事件。这在某些需要实时响应的系统中可能会引发问题。
调试开销：虽然 SWD 是一种较为轻量的调试方式，但依然需要占用部分系统资源，如调试接口的引脚、调试单元的部分 CPU 时钟等。

非侵入式调试对比

相比之下，非侵入式调试不会干扰系统的正常运行。ARM Cortex-M 核心提供了 ETM（Embedded Trace Macrocell） 等调试模块，允许程序运行时记录执行流，并通过外部工具分析，但不改变程序的运行状态。这种方式不需要暂停 MCU，也不会影响其实时性。调试工具有J-trace、劳特巴赫（好用），缺点贵，和canoe有一拼。