IAR支持的斷點(diǎn)類(lèi)型和使用方法

1. 前言

2. 常用斷點(diǎn)存在的問(wèn)題

3. IAR支持的斷點(diǎn)類(lèi)型和使用方法

3.1. 代碼斷點(diǎn)

3.2 條件代碼斷點(diǎn)

3.3 讀寫(xiě)訪問(wèn)的數(shù)據(jù)斷點(diǎn)

3.4 數(shù)據(jù)日志斷點(diǎn)

3.5 日志斷點(diǎn)

3.6 電源斷點(diǎn)

4. 總結(jié)：

5. 經(jīng)驗(yàn)交流：

1. 前言在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，調(diào)試工具是不可或缺的開(kāi)發(fā)利器，除了日常常見(jiàn)的ARM的CMSIS-DAP/ULINK，IAR的I-JET，P&E的U-multilink/Cyclone， 各個(gè)半導(dǎo)體廠商自定義的XX-LINK（例如LPC-link， ST-Link，等）之外，還有兩個(gè)是神一樣的存在，一個(gè)是SEGGER的J-LINK，支持與IAR/KEIL等各種編譯環(huán)境無(wú)縫銜接，性能穩(wěn)如老狗， 價(jià)格低廉， 所以在嵌入式工程師中的普及率非常高，被稱為居家旅行匱贈(zèng)好友之佳品。另外一個(gè)是一聽(tīng)名字就感覺(jué)高大上的勞特巴赫Lauterbach，作為專業(yè)第三方調(diào)試工具廠商，以其強(qiáng)大的TRACE32開(kāi)發(fā)調(diào)試工具享譽(yù)全球，TRACE32開(kāi)發(fā)工具擁有非常豐富和強(qiáng)大的功能，包括基本調(diào)試配置、RTOS、多核系統(tǒng)、虛擬目標(biāo)調(diào)試、能耗分析以及強(qiáng)大的腳本語(yǔ)言等，而且可以支持市場(chǎng)中使用的80多種常見(jiàn)的微處理架構(gòu)。

當(dāng)然Lauterbach性能的強(qiáng)大，對(duì)應(yīng)的代價(jià)就是價(jià)格也比JLINK多出一個(gè)數(shù)量級(jí)，但是對(duì)于大部分嵌入式開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，最常用的還是基本的調(diào)試功能，包括斷點(diǎn)，寄存器查看，內(nèi)存/Flash的查看，本文從斷點(diǎn)使用的角度講解如何使用JLINK配合IAR支持的各種斷點(diǎn)用出點(diǎn)勞德巴赫的一些強(qiáng)大功能。

2. 常用斷點(diǎn)存在的問(wèn)題斷點(diǎn)的概念非常簡(jiǎn)單，目的簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是在指定指令或者代碼行中斷程序的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)上可以是硬件斷點(diǎn)（通過(guò)編程FPB實(shí)現(xiàn)）也可以是軟件斷點(diǎn)（通過(guò)插入BKPT斷點(diǎn)指令實(shí)現(xiàn) ），具體二者的底層實(shí)現(xiàn)這里不展開(kāi)討論。常規(guī)的斷點(diǎn)調(diào)試（本質(zhì)上是代碼斷點(diǎn)）是在想觀察哪里的問(wèn)題時(shí)就在對(duì)應(yīng)的代碼地址雙擊設(shè)置斷點(diǎn)，并且一旦運(yùn)行到斷點(diǎn)位置會(huì)讓程序自動(dòng)暫停運(yùn)行，然后觀察感興趣的變量，內(nèi)存或者寄存器，這種斷點(diǎn)調(diào)試功能能幫助開(kāi)發(fā)者解決大部分的問(wèn)題，但是其也有很大的局限性。

因?yàn)楹芏鄷r(shí)候我們只想知道某段代碼是否運(yùn)行過(guò)，而不能讓程序停下來(lái)，譬如說(shuō)調(diào)試BLE協(xié)議棧，無(wú)法去單步運(yùn)行，否則會(huì)打斷BLE主機(jī)和從機(jī)之間的通訊時(shí)序，而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)功能出現(xiàn)問(wèn)題。還有中斷處理函數(shù)的調(diào)試，程序一旦停下了也就失去了其他所有中斷的后續(xù)響應(yīng)，再比如兩個(gè)設(shè)備通信，一旦一方采用常規(guī)斷點(diǎn)的方式調(diào)試，可能會(huì)打斷正常的通信過(guò)程。所以通常的做法是添加串口打印或者ITM半主機(jī)打印輸出log信息到顯示屏，但是這種方式會(huì)帶來(lái)額外的軟硬件開(kāi)銷(xiāo)（對(duì)于串口打印來(lái)說(shuō)是兩個(gè)UART pin腳+UART驅(qū)動(dòng)函數(shù)，對(duì)于ITM打印輸出是一個(gè)SWO+ITM驅(qū)動(dòng)），甚至因?yàn)橐胄碌拇a導(dǎo)致程序出錯(cuò)。除此之外，還有3種場(chǎng)景是這種普通斷點(diǎn)無(wú)法滿足的，第一個(gè)是同一段循環(huán)體運(yùn)行N次才停下來(lái)，第二個(gè)是當(dāng)變量被寫(xiě)入新的數(shù)據(jù)或者被讀取時(shí)停下來(lái)，第三個(gè)是實(shí)時(shí)記錄斷點(diǎn)所在行某個(gè)特定變量或者地址的值，并在時(shí)間軸上以圖形的形式顯示出來(lái)，方便分析和對(duì)比。

以上這些功能在這些功能在勞德巴赫中是最基本功能，同樣在IAR中也提供了不同形式的斷點(diǎn)類(lèi)型和組合，只是日常習(xí)慣了只用了其代碼斷點(diǎn)的功能，沒(méi)能充分發(fā)揮IAR的強(qiáng)大斷點(diǎn)功能，針對(duì)以上4種問(wèn)題在IAR中可以分別用日志斷點(diǎn)、條件斷點(diǎn)、讀寫(xiě)權(quán)限的數(shù)據(jù)斷點(diǎn)、數(shù)據(jù)日志斷點(diǎn)逐個(gè)擊破，從而避免了額外添加代碼的繁瑣，也能為解決隱藏bug提供更加靈活的手段。尤其是其中的讀寫(xiě)權(quán)限的數(shù)據(jù)斷點(diǎn)，筆者曾經(jīng)就是使用這種辦法幫客戶解決了兩個(gè)埋藏的很深大bug，其中一個(gè)是查找某個(gè)關(guān)鍵變量在哪里被意外修改，通過(guò)設(shè)置條件斷點(diǎn)+stack callback迅速定位到了肇事代碼段，另一種是客戶代碼意外堆棧溢出調(diào)查，當(dāng)時(shí)的做法是在堆棧大小的90%地址靠近棧頂處設(shè)置一個(gè)寫(xiě)觸發(fā)的數(shù)據(jù)斷點(diǎn)，當(dāng)某層調(diào)用過(guò)程中堆棧接近溢出時(shí)，設(shè)置的數(shù)據(jù)斷點(diǎn)會(huì)被觸發(fā)而停止應(yīng)用程序，從而迅速找到堆棧是在哪層調(diào)用溢出的，從而解決問(wèn)題。

3. IAR支持的斷點(diǎn)類(lèi)型和使用方法總結(jié)下來(lái)，在 IAR 中，主要有以下幾種斷點(diǎn)，下面逐一介紹。

代碼斷點(diǎn)

條件斷點(diǎn)

讀寫(xiě)訪問(wèn)權(quán)限的數(shù)據(jù)斷點(diǎn)

數(shù)據(jù)日志斷點(diǎn)

日志斷點(diǎn)

電源斷點(diǎn)

3.1. 代碼斷點(diǎn)

這種斷點(diǎn)就是前面提到的最常用的斷點(diǎn)，也是最簡(jiǎn)單的斷點(diǎn)。開(kāi)發(fā)則只需要在反匯編窗口中選擇C行或ASM指令并切換斷點(diǎn)。一旦遇到斷點(diǎn)，用戶應(yīng)用程序?qū)⑼Ｖ?。這時(shí)候可以查看變量、標(biāo)志和寄存器的值。換句話說(shuō)，開(kāi)發(fā)者擁有完全的控制權(quán)。對(duì)于這種普通代碼斷點(diǎn)，其數(shù)量受限于硬件斷點(diǎn)的數(shù)量，例如對(duì)于 Arm Cortex-M，通常有6-8個(gè)硬件斷點(diǎn)，但如果使用軟件斷點(diǎn)或在RAM中運(yùn)行應(yīng)用程序，則可以不受限制。使用時(shí)只需選擇顯示View -》 Breakpoints 窗口，就可以啟用或禁用斷點(diǎn)。

默認(rèn)情況下，IDE 將設(shè)置代碼斷點(diǎn)，而且是auto類(lèi)型，可以通過(guò)Option-》Debugger-》JLINK/JTrace-》Breakpoint去設(shè)置硬件斷點(diǎn)還是軟件斷點(diǎn)。如果開(kāi)發(fā)者有 I-jet，可以在右鍵單擊代碼行時(shí)明確選擇一個(gè) flash斷點(diǎn)。注意斷點(diǎn)符號(hào)中的“F”。Flash 斷點(diǎn)功能在適用于 Arm 的IAR7.60 或更高版本中可用。

3.2 條件代碼斷點(diǎn)

條件斷點(diǎn)是代碼斷點(diǎn)與某些標(biāo)志或變量作為條件的組合。設(shè)置斷點(diǎn)后，同樣可以再次使用View -》 Breakpoints 窗口查看所有斷點(diǎn)，也可以通過(guò)右鍵單擊并選擇Edit option來(lái)設(shè)置額外參數(shù)。

設(shè)置斷點(diǎn)條件所使用的語(yǔ)法類(lèi)似于C語(yǔ)法，可以使用 ==、》= 和 《=。例如，如果您希望應(yīng)用程序在計(jì)數(shù)器等于 10 時(shí)在斷點(diǎn)處停止，您可以使用“counter==10”。這在中斷例程中需要斷點(diǎn)時(shí)非常有用。如果沒(méi)有設(shè)置條件，應(yīng)用程序就會(huì)一直被停止，影響到系統(tǒng)的正常工作，使用標(biāo)志或變量作為條件使事情變得容易得多。甚至用戶還可以使用跳過(guò)計(jì)數(shù)器和條件檢查（如true或changed）來(lái)實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的斷點(diǎn)停止條件設(shè)置。該方法可以解決上面提到的第二種問(wèn)題。

3.3 讀寫(xiě)訪問(wèn)的數(shù)據(jù)斷點(diǎn)

與其他斷點(diǎn)相比，數(shù)據(jù)斷點(diǎn)有點(diǎn)不同，因?yàn)槭菍?duì)特定內(nèi)存地址、標(biāo)志、變量或寄存器的讀寫(xiě)訪問(wèn)的監(jiān)控。使用時(shí)只需右鍵單擊標(biāo)志或變量并選擇選項(xiàng)Set data Breakpoint。默認(rèn)情況下，對(duì)該變量，特定地址，寄存器的任何讀取和寫(xiě)入訪問(wèn)都會(huì)觸發(fā)斷點(diǎn)。如果你想添加額外的設(shè)置，你可以通過(guò)View-》Breakpoints 窗口和Edit 選項(xiàng)來(lái)完成。 除了讀寫(xiě)訪問(wèn)之外，還可以監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)是否匹配來(lái)作為斷點(diǎn)的觸發(fā)條件，這意味著寫(xiě)或讀訪問(wèn)只會(huì)在數(shù)據(jù)匹配時(shí)觸發(fā)暫停。另外，通過(guò)選擇編輯按鈕，開(kāi)發(fā)者還可以打開(kāi)一個(gè)額外的窗口，可以選擇絕對(duì)地址甚至源代碼所在行。對(duì)于變量或標(biāo)志，建議使用自動(dòng)大小。如果需要監(jiān)控更大的范圍，則應(yīng)手動(dòng)設(shè)置監(jiān)控的地址范圍或者變量范圍，譬如說(shuō)監(jiān)控一個(gè)結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)變化，使用這種數(shù)據(jù)斷點(diǎn)也是可以實(shí)現(xiàn)的，但需要用戶正確設(shè)置變量，特定地址，寄存器等監(jiān)控對(duì)象的Size。使用這種方法可以解決前文提到的第三種問(wèn)題。

此處需要特別提一下，數(shù)據(jù)斷點(diǎn)對(duì)于調(diào)試被應(yīng)用程序破壞的標(biāo)志和變量非常有用。筆者曾經(jīng)就是使用這種辦法在客戶解決了兩個(gè)埋藏的很深大bug，其中一個(gè)是查找某個(gè)關(guān)鍵變量在哪里被意外修改，通過(guò)設(shè)置條件斷點(diǎn)+stack callback迅速定位到了肇事代碼段，另一種是客戶端的意外堆棧溢出調(diào)查，當(dāng)時(shí)的做法是在堆棧大小的90%地址靠近棧頂處設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)斷點(diǎn)，當(dāng)堆棧溢出接近時(shí)，設(shè)置的數(shù)據(jù)斷點(diǎn)會(huì)被觸發(fā)而停止應(yīng)用程序，從而迅速找到問(wèn)題的根源，至于如何設(shè)置，此處暫不展開(kāi)。

3.4 數(shù)據(jù)日志斷點(diǎn)

除了具有讀寫(xiě)訪問(wèn)權(quán)限的數(shù)據(jù)斷點(diǎn)外，開(kāi)發(fā)者還可以使用數(shù)據(jù)日志斷點(diǎn)。這種斷點(diǎn)的好處在于可以在時(shí)間線中監(jiān)視和以圖形方式繪制內(nèi)存中特定變量或地址的值，使顯示更加直觀，用戶還可以在同一個(gè)時(shí)間軸上顯示和比較兩個(gè)或多個(gè)變量，從而在邏輯上排查問(wèn)題。設(shè)置的方法就是View-》Breakpoints 窗口和Edit 選項(xiàng)，然后選擇set Data Log Breakpoint for counter即可，使用這種方法可以解決前文提到的第四種問(wèn)題。

時(shí)間線以及附加數(shù)據(jù)日志和數(shù)據(jù)日志摘要可在探針選項(xiàng)下找到，例如如下面的屏幕截圖所示。

3.5 日志斷點(diǎn)

除了代碼和數(shù)據(jù)斷點(diǎn)之外，還有一種日志斷點(diǎn)，這是一個(gè)特殊的斷點(diǎn)，因?yàn)樗粫?huì)臨時(shí)暫時(shí)停止應(yīng)用程序以打印消息，然后繼續(xù)代碼的運(yùn)行。一旦運(yùn)行到設(shè)置的日志斷點(diǎn)，它會(huì)顯示如下用戶預(yù)先設(shè)定的消息，告知用戶某個(gè)函數(shù)事件被觸發(fā)。這種方式的好處在于，無(wú)需額外添加串口打印或者ITM半主機(jī)打印輸出log信息到顯示屏，無(wú)需額外的軟硬件開(kāi)銷(xiāo)，便可實(shí)現(xiàn)基本的信息打印，方便開(kāi)發(fā)者跟蹤程序的執(zhí)行流程。

如下圖所示，每次斷點(diǎn)命中時(shí)，調(diào)試日志窗口中都會(huì)顯示一條消息。添加的計(jì)數(shù)器可以了解應(yīng)用程序通過(guò)該部分源代碼的次數(shù)。通過(guò)這種辦法可以解決前面提到的第一個(gè)問(wèn)題，即不停止代碼又能獲知感興趣的代碼段是否被執(zhí)行過(guò)，以及執(zhí)行的次數(shù)，兵不血刃，無(wú)需添加任何額外的代碼。

3.6 電源斷點(diǎn)

除了代碼的調(diào)試，IAR還支持先進(jìn)的電源調(diào)試技術(shù)，可以監(jiān)控功耗，并將其與源代碼相關(guān)聯(lián)。這也使得添加電源斷點(diǎn)成為可能，可以設(shè)置一個(gè)閾值，如 25mA，一旦能量高于該值，調(diào)試器將被觸發(fā)停止。設(shè)置閾值非常簡(jiǎn)單， 只需要打開(kāi)J-Link-》PowerLog 窗口，然后設(shè)置值和所需選項(xiàng)，如上圖或下圖所示。通過(guò)這種分析，可以直觀的看出代碼執(zhí)行過(guò)程中的功耗值，下面的時(shí)間線窗口不是必需的，但它可以為提供正在使用的能量提供一個(gè)時(shí)間參考。

4. 總結(jié)：至此，介紹完了IAR支持的6種不同的斷點(diǎn)類(lèi)型和使用方法，也順帶針對(duì)性的解決了前文中提到的日常調(diào)試遇到的四個(gè)問(wèn)題。如果在日常調(diào)試過(guò)程中靈活運(yùn)用以上的這幾種斷點(diǎn)，對(duì)于日常調(diào)試提高開(kāi)發(fā)速度和解決一些深藏的bug（例如前文提到的大型程序中變量被莫名修改，堆棧溢出追蹤等） 很有幫助。當(dāng)然勞特巴赫之所以賣(mài)的這么貴，必然有其強(qiáng)大之處，尤其是強(qiáng)大的腳本編程，多核系統(tǒng)，能耗分析以及對(duì)芯片內(nèi)部操作的開(kāi)放度，能給開(kāi)發(fā)者最大的操作靈活度。但就日常的斷點(diǎn)調(diào)試看，IAR+JLINK的組合也基本能滿足大部分的需求，畢竟就地取材最方便。

責(zé)任編輯：haq