在MCU開(kāi)發(fā)中如何充分利用各種類型的斷點(diǎn)？

在面向高可靠性應(yīng)用開(kāi)發(fā)MCU程序的過(guò)程中，工程師通常會(huì)遇到設(shè)定斷點(diǎn)的問(wèn)題，斷點(diǎn)的合理使用對(duì)于更好地編程和MCU使用是一種挑戰(zhàn)。借助新的工具，這些斷點(diǎn)就可以發(fā)揮巨大的作用，成為開(kāi)發(fā)工作中的利器。

斷點(diǎn)的概念非常簡(jiǎn)單，因?yàn)樗淖饔檬窃谥付ㄖ噶钪爸袛喑绦虻膱?zhí)行。實(shí)現(xiàn)方式可以是硬件或軟件。然而，簡(jiǎn)單并不意味著它不能被用于復(fù)雜的調(diào)試組合中，以達(dá)到用簡(jiǎn)單的方式解決BUG的目的。事實(shí)上，軟件開(kāi)發(fā)者在調(diào)試時(shí)離不開(kāi)斷點(diǎn)，但如何最好地利用斷點(diǎn)呢？

要更好地使用各種斷點(diǎn)，開(kāi)發(fā)人員不能僅靠經(jīng)驗(yàn)或者直覺(jué)，需要借助一些先進(jìn)的開(kāi)發(fā)工具來(lái)完成，它們可以幫助開(kāi)發(fā)人員去了解不同斷點(diǎn)的特點(diǎn)和價(jià)值。例如，在IAR Embedded Workbench工具中，開(kāi)發(fā)人員可以使用以下斷點(diǎn)：

代碼斷點(diǎn)

條件代碼斷點(diǎn)

具有讀寫訪問(wèn)的數(shù)據(jù)斷點(diǎn)

數(shù)據(jù)日志斷點(diǎn)

日志斷點(diǎn)

功率斷點(diǎn)

Trace開(kāi)始和停止斷點(diǎn)

本文將指導(dǎo)開(kāi)發(fā)人員如何利用每一個(gè)可用的斷點(diǎn)來(lái)更快地調(diào)試程序。

代碼斷點(diǎn)

代碼斷點(diǎn)是最簡(jiǎn)單的斷點(diǎn)。開(kāi)發(fā)人員只需要選擇C代碼或者反匯編窗口中的ASM指令并設(shè)置斷點(diǎn)即可。一旦斷點(diǎn)被觸發(fā)，程序就會(huì)暫停。此時(shí)，開(kāi)發(fā)人員就可以檢查變量、標(biāo)志和寄存器的值。換句話說(shuō)，開(kāi)發(fā)人員現(xiàn)在擁有了完全控制權(quán)限。

代碼斷點(diǎn)的數(shù)量受限于MCU硬件斷點(diǎn)的數(shù)量，但如果代碼在RAM中運(yùn)行，開(kāi)發(fā)人員利用軟件斷點(diǎn)，軟件斷點(diǎn)的數(shù)量則可以是無(wú)限的。即使數(shù)量有限，例如對(duì)于Arm Cortex-M，有6到8個(gè)斷點(diǎn)，但開(kāi)發(fā)人員也可以保存斷點(diǎn)位置并在需要時(shí)禁用和啟用斷點(diǎn)。只需要選擇顯示View ->Breakpoints window，就可以選中/清除方框，也就是啟用或禁用斷點(diǎn)。

在這種情況下，可以有6到8個(gè)以上的斷點(diǎn)，但不能同時(shí)都激活。

默認(rèn)情況下，IDE會(huì)設(shè)置代碼斷點(diǎn)。如果開(kāi)發(fā)人員有一個(gè)I-jet仿真器，就可以在右鍵點(diǎn)擊代碼行時(shí)明確地選擇一個(gè)flash斷點(diǎn)。如果開(kāi)發(fā)人員已經(jīng)用完了現(xiàn)有全部硬件斷點(diǎn)，這招會(huì)很有用。注意斷點(diǎn)符號(hào)中的“F”說(shuō)明改斷點(diǎn)是Flash斷點(diǎn)。IAR Embedded Workbench for Arm的7.60或更高版本中提供flash斷點(diǎn)功能。

條件代碼斷點(diǎn)

條件斷點(diǎn)是代碼斷點(diǎn)與一些標(biāo)志或變量（作為條件）的組合。設(shè)置好斷點(diǎn)后，開(kāi)發(fā)人員可以再次使用View->Breakpoints window來(lái)查看所有斷點(diǎn)，也可以通過(guò)右鍵點(diǎn)擊并選擇Edit option來(lái)設(shè)置額外參數(shù)。

使用的語(yǔ)法類似于C語(yǔ)言的語(yǔ)法，包括==、>=和<=。例如，如果想讓應(yīng)用在計(jì)數(shù)器等于10的時(shí)候停止在斷點(diǎn)，則可以使用“counter==10”。

當(dāng)需要在一個(gè)中斷例程內(nèi)設(shè)置斷點(diǎn)時(shí)，這非常有用。如果沒(méi)有條件，就不可能調(diào)試應(yīng)用，因?yàn)槌绦驅(qū)⒁恢蓖Ｖ埂Ｊ褂脴?biāo)志或變量作為條件可以簡(jiǎn)化操作。此外，還可以進(jìn)一步使用跳過(guò)計(jì)數(shù)器和條件檢查，如true或changed。

具有讀寫訪問(wèn)的數(shù)據(jù)斷點(diǎn)

相比其他斷點(diǎn)，數(shù)據(jù)斷點(diǎn)有些不同，因?yàn)樗鼈儽O(jiān)測(cè)對(duì)特定內(nèi)存地址、標(biāo)志、變量或寄存器的讀寫訪問(wèn)。數(shù)據(jù)斷點(diǎn)使用非常直截了當(dāng)只需右鍵點(diǎn)擊標(biāo)志或變量，然后選擇選項(xiàng)Set dataBreakpoint即可。默認(rèn)情況下，讀和寫的訪問(wèn)將被監(jiān)測(cè)。如果開(kāi)發(fā)人員想增加額外的設(shè)置，可以通過(guò)View->Breakpoints window和Edit option來(lái)完成。除了訪問(wèn)之外，還可以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是否匹配。這意味著只有當(dāng)數(shù)據(jù)匹配時(shí)，寫或讀的訪問(wèn)才會(huì)觸發(fā)停止。選擇“Edit”按鈕，可以打開(kāi)一個(gè)額外的窗口，可以選擇絕對(duì)地址甚至是源代碼行。如果是一個(gè)變量或標(biāo)志，建議使用自動(dòng)大小。如果需要監(jiān)測(cè)更大的范圍，應(yīng)手動(dòng)設(shè)置所需的大小。

數(shù)據(jù)斷點(diǎn)對(duì)于調(diào)試被應(yīng)用破壞的標(biāo)志和變量非常有用。一旦出現(xiàn)了讀寫訪問(wèn)，應(yīng)用就會(huì)停止。另一種用法是堆棧溢出調(diào)查，只需要在堆棧大小的80-90%處設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)斷點(diǎn)，當(dāng)溢出接近時(shí)，就可以停止應(yīng)用，并一步步找到問(wèn)題的根源。

數(shù)據(jù)日志斷點(diǎn)

除了可監(jiān)測(cè)讀寫訪問(wèn)的數(shù)據(jù)斷點(diǎn)外，開(kāi)發(fā)人員還可以使用數(shù)據(jù)日志斷點(diǎn)。使用這些斷點(diǎn)的目的是監(jiān)測(cè)并以圖形方式繪制特定變量或內(nèi)存地址的值跟隨時(shí)間的變化，這就能更輕松地比較多個(gè)變量，觀察中斷觸發(fā)的情況。

仿真器選項(xiàng)提供了時(shí)間軸、附加數(shù)據(jù)日志和數(shù)據(jù)日志總結(jié)，如下圖所示。

日志斷點(diǎn)

除了代碼斷點(diǎn)和數(shù)據(jù)斷點(diǎn)之外，開(kāi)發(fā)人員還可以使用日志斷點(diǎn)。這是一個(gè)特殊的斷點(diǎn)，因?yàn)樗粫?huì)暫時(shí)停止應(yīng)用來(lái)打印一條信息。只有當(dāng)斷點(diǎn)被觸發(fā)時(shí)，它才會(huì)顯示選定的信息。

每當(dāng)斷點(diǎn)被觸發(fā)，一條信息就會(huì)顯示在調(diào)試日志窗口中。配合計(jì)數(shù)器，我們就可以知道應(yīng)用源代碼的特定部分運(yùn)行了多少次。

功率斷點(diǎn)

得益于IAR Embedded Workbench的功率調(diào)試技術(shù)，開(kāi)發(fā)人員可以監(jiān)控能耗并將其與源代碼聯(lián)系起來(lái)。這使得了解整個(gè)應(yīng)用的能耗成為可能。這個(gè)概念也使得添加功率斷點(diǎn)成為可能?？梢栽O(shè)置一個(gè)閾值，比如25mA，一旦能耗超過(guò)這個(gè)值，調(diào)試器就會(huì)中斷。

設(shè)置閾值的操作非常簡(jiǎn)單。只需要打開(kāi)I-jet -> PowerLog window，然后設(shè)置數(shù)值和對(duì)應(yīng)的操作。

這個(gè)功能很有用，可以保證不出現(xiàn)任何耗電浪涌或高于指定值的情況，而且通過(guò)這種分析，電池的使用壽命也會(huì)延長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)人員可以放心讓其應(yīng)用長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。雖然時(shí)間軸窗口不是必須的，但它能提供實(shí)時(shí)的能耗信息。

Trace開(kāi)始和停止斷點(diǎn)

最后要介紹的是Trace開(kāi)始和停止斷點(diǎn)。如果開(kāi)發(fā)人員使用先進(jìn)的仿真器，比如I-jet Trace for Arm Cortex-M或I-jet Trace for Cortex-A/R/M，就可以利用這些斷點(diǎn)。這在分析應(yīng)用特定部分時(shí)特別有用。Trace開(kāi)始和Trace停止斷點(diǎn)簡(jiǎn)單易用，只需在代碼行中右鍵點(diǎn)擊并決定跟蹤的開(kāi)始和結(jié)束位置即可。Trace緩沖區(qū)將只保存應(yīng)用中指定代碼行之間的指令。

另外，開(kāi)發(fā)人員也可以從時(shí)間軸上的Trace指令中得到函數(shù)調(diào)用的圖形概覽，這些函數(shù)調(diào)用信息是在Trace開(kāi)始和停止斷點(diǎn)之間捕獲的。

雖然I-jet Trace仿真器比標(biāo)準(zhǔn)JTAG/SWD仿真器更強(qiáng)大，但有時(shí)如果記錄包含所有正常信息時(shí)，Trace調(diào)試變得很麻煩。為了避免收集數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的非必要指令，使Trace調(diào)試變得簡(jiǎn)單明了，IAR Embedded Workbench提供了Trace開(kāi)始和停止斷點(diǎn)的功能。

審核編輯：彭菁