程序的调试利器

一、Printf串口输出

二、半主机的巧妙应用

三、SWO引脚的巧妙应用

四、RTT的应用

五、JScope的应用_MCU

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一、Printf串口输出

作为一名嵌入式软件系统工程师，掌握住高效快捷的调试方法，往往会在实际的项目开发中达到事半功倍的效果。

通过串口打印实时打印出MCU的运行状态，想必大家都有用过，可你是不是仍然停留在串口打印字符函数（比如说函数名是StringUartSend）都需要自己写的时代。纵然我承认你C语言功底很深厚，但是其实你已经OUT了。现在是讲究效率的时代，时间就是金钱，如果我们能够充分的利用C语言函数库，会让很多代码的编写变的很简单。

比如说，现在我们需要通过串口输出1个3位的10进制整数，变量名就叫A。按照之前的思路，先需要把A的个、十、百位等分别提取出来，然后转换成ASCII码存储到数组或指针里，最后通过StringUartSend函数把结果输出来。这时你也许会说，这就已经满足你的要求了，可是如果你要查看的数据是小数呢？转换起来是不是就浪费了很多运行空间。那么该怎么办呢？没事，printf函数可以轻松帮我们搞定。

printf函数是一个格式化输出函数，其一般形式为：

printf ( 格式控制,输出列表 )；

其中格式控制和输出列表为printf函数的参数。更多关于该函数的详细描述，请移步：https://blog.csdn.net/liht_1634/article/details/124638987。

这时我们可能就会想：如果能用它直接向PC上的串口软件打印信息的话，不是件很酷的事情么，再也不用自己写格式转换函数了。但它是C函数库中的函数，如何知道我们的底层调用了串口发送函数呢？这就用到了重定向技术。重定向的代码如程序清单 1所示。

程序清单 1 重定向代码

int fputc(int ch, FILE *f)

{

CharUartSend((char)ch); /* 串口发送一个字符函数 */

return 1; /* 发送完成返回1 */

}

在我们完成串口的初始化工作并编写好一个字符发送函数CharUartSend之后，就可以把程序清单 1所示的代码添加到你的工程里了。并在文件起始处添加stdio.h文件，如下所示。

#include "stdio.h"

重定向的代码是由fputc函数来执行的。要注意的是，不能使用其他的名字，因为“fputc”是编译器预定义的用于字符输出的函数名。fputc()实际上只是一个封皮，它直接调用CharUartSend 函数来做真实的工作。

加入上面的代码之后，再重新编译一下你的代码，在主函数中随便写一个打印信息，是不是在串口助手上面有意外的惊喜呢？

通过上文的描述，你已经对使用printf在串口助手打印信息有所了解吧，但是在调试过程中，还需要配置串口资源，无疑又加大了产品开发的周期。那么有没有一种方法，可以不使用MCU的外设资源，又可以查看调试信息呢？

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二、半主机的巧妙应用

半主机是在调试ARM设备时，主机电脑可以与设备进行输入输出通信的一个机构。这个机构可以直接调用C语言库中类似printf和scanf的函数。这个机构的好处在于允许用户使用主机电脑的输入输出设备，方便了工程师们的软件开发过程。

Semihosting 是通过设置软件中断（SWI）来实现的。调用了适当的软件中断和易于操作的软件中断的向量。关于半主机的实现原理，感兴趣的读者可以自行查阅资料，本篇文章重点介绍如何将半主机模式应用到实际的软件开发过程中。

我们测试是使用飞思卡尔公司的FRDM-KE06开发板，如图 1所示。

图 1 KE06开发板

打开IAR工程，在主函数文件起始处包含stdio.h文件，如下所示。

#include "stdio.h"

在主函数中，我们调用printf函数打印一些与芯片有关的信息，编译完成之后，对工程按照图 2所示配置。

图 2 IAR工程配置

点击OK，进入Debug模式之后，按照如图 3所示，打开Terminal I/O窗口。

图 3 打开Terminal窗口

当我们点击全速运行之后，我们可以在Terminal I/O窗口看到如图 4所示的信息。

图 4 虚拟串口打印信息

可以看到，相关的芯片信息已经通过Semihost打印出来了，并且也可以获得用户输入的字符哦。是不是很酷？

当我们高高兴兴地看着打印出来的信息时，发现字符输出的速度很慢，查阅资料才明白，在半主机模式下，输出字符的速度大概是10ms每个字符！God！多么好的一个调试工具，但是字符输出的速度也太慢了吧。

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三、SWO引脚的巧妙应用

在Cortex-M3\M4系列MCU中，内核的调试组件都有一个仪器化跟踪单元（ITM）。ITM的一个主要的用途，就是支持调试信息的输出（例如，printf格式输出）。ITM包含了32个刺激端口，允许不同的软件把数据输出到不同的端口，从而让调试主机可以把它们的信息分离开。每个端口都可以独立的使能/除能，还可以允许或禁止用户进程对它执行写操作。那么这些与MCU的SWO引脚有什么关系呢？刚才我们有说ITM包含了32个端口，其中SWO引脚，就是ITM模块的端口0，我们可以直接用它来输出一些调试信息。那么现在就看看如何使用它吧。

这次我们测试是基于飞思卡尔的FRDM-K64开发板，如图 1所示。

图 1 K64开发板

把MCU的SWO引脚同J-link等调试工具连接在一起，因为K64开发板已经直接引出SWD接口了，所以我们就直接连接了J-Link。如图 2所示，第6脚就是SWO引脚。

图 2 SWD接口

当MCU连接好J-link之后，我们在工程中的主函数起始处添加stdio.h文件，如下所示。

#include "stdio.h"

接下来为了能直接调用printf函数格式化输出，又需要用到我们之前提到的重定向技术了，只是这次不是重定向到串口，而是ITM模块的0通道，即SWO引脚。如程序清单 1所示。

程序清单 1 重定向代码

int fputc(int ch, FILE *f)

{

ITM_SendChar(ch);

return(ch);

}

其中ITM_SengChar函数是core_cm4.h内核文件里定义的内联函数，我们可以直接调用。

完成重定向之后，我们写了个定时打印HelloWorld的程序。打开Keil工程的【Options for Target】->【debug】->【settings】->【Trace】，对Trace选项卡进行如图 3所示的配置。

图 3 Trace选项卡配置

点击确定之后，进入调试模式，打开【View】->【Serial Windows】->【Debug(printf) Viewer】，这时我们就可以看到MCU通过J-link向编译器输出的打印信息了，如图 4所示。打印速度还很快哦。

图 4 Debug Viewer窗口

到此我们算是学会了使用SWO引脚来调试输出了，是不是很酷哦。细心的网友可能会发现为什么Cortex-M0\M0+内核的MCU没有找到SWO引脚呢？这是因为它们采用的还是ARM-V6的老架构，内核的调试组件没有ITM模块。

又是一个遗憾，本来以为找到了最合适的调试方法，却对MCU的内核有限制。

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四、RTT的应用

RTT（ Real Time Terminal）是SEGGER公司新出的可以在嵌入式应用中与用户进行交互的实时终端。J-Link驱动4.90之后的版本都有这个软件哦。

用RTT可以从目标MCU上输出信息的同时也可以非常高速的向应用程序发送信息，并且不影响MCU的实时性。其实现原理就是J-link与MCU共享内存，具体实现细节感兴趣的读者可以自己去查阅下资料，本文以应用为主。RTT的工作框图如图 1所示。MCU通过J-link与电脑连接并将打印信息输出到电脑上，电脑同时可以通过键盘等向MCU发送数据。