分享嵌入式软件调试方法和几个工具
来源:strongerHuang发布时间:2022-11-09612浏览
询问 AI
作者 | 杂烩君转自 | 嵌入式大杂烩
我们常常说，软件三分写七分调。实际开发中，确实也是这样子的。我工作这几年了，对这体会也越来越深。每当需求一下来，我代码很快就可以写完，但是，调试需要花很多时间。
这里需要明确的是， 调试的目的不仅仅是调通整个功能需求 。调通功能是最基本的要求，还需要进行优化、完善逻辑、完善异常处理。所以，需要非常长的时间。
记得毕业的时候参与的第一个项目，那个项目的硬件架构相对一般产品来说会复杂一些：
我负责的部分就是D芯片的软件。D芯片所做的事情就是跟产品功能比较相近的，当时通过A发数据，经过B、C之后，再到D，产品功能表现得不正常。我当时的 第一反应 就是我负责得D芯片的逻辑可能出问题了。
A、B、C都是比较有经验的工程师负责的，而且负责C的还是个组长级别的，大家也觉得应该是我负责的D芯片的代码出的问题，因为我是个刚毕业的新人，觉得问题出在我这里的概率比较大。
他们也没有去查是不是他们的问题，每天就是来看看我是否有找到问题。花了几天的时间，我最后才定位出来，是C芯片给我发的数据出问题了~
因为当时缺乏调试经验，所以没能很快就定位出问题所在。要是现在的话，这种问题很快就能查出来的。因为现在积累了一些经验：
调试经验
平时开发调试时，可能会有这么两种情况：
独立开发，自己调试
协作开发，联合调试
1、独立开发
一些小的项目，如果整个项目是我们自己开发的话，调试起来也比较方便，因为是我们自己开发的，所以会比较熟悉一些。
我的习惯是：分模块来进行开发，每开发完一个模块就先想办法测一下这个模块，没问题了再集成到工程里。模块初步开发、测试时，代码可以随意一些，调好了之后，再重新梳理、整理代码，集成到工程里。
自测的方式：有一些代码直接对应着功能，直接测试看功能正不正常；有一些代码可以通过log打印来看是否正常；有一些可能需要在线调试看看是否符合预期；有一些需要数据输入的，可以自己模拟一些数据等。
2、协同开发
协同开发时，可能就比较麻烦一些。特别的，有时候甚至需要跨部门对接调试。
我的习惯是：先开发并自测自己的模块；然后模拟对方，简单地自测通信。
自测自己模块的方式如上面独立开发一样。我们模拟对方进行测试时，需要考虑是不是需要花比较多的时间，如果需要花太多的时间的花就算了，等到联调再一起调。
花时间较少的，可以自测通信的情况可能有如下三种：
- 线程/进程间通信。这应该比较容易，模拟对方线程/进程进行收发测试。可以写一些测试命令，比如发某个命令，触发某条消息发送。
- 板间通信，如串口通信。可以用串口助手模拟对方进行测试，自己对照协议模拟一些协议数据进行收发测试。
- socket通信，如TCP通信。你负责客户端，就模拟服务端；你负责服务端，就模拟客户端。
当然，协作开发也可以不自测通信，看个人习惯。
我模拟自测通信是为了对我自己的模块的通信有一定的把控，联调时出问题时，就可以比较快地指出对方的问题。当然，这不是为了推锅，而是为了能更好地分析、解决联调问题。
比如，我最近的项目中，设备与手机APP对接。配网功能、设备于APP局域网内通信功能。我负责设备端，设备端作为服务器；对方作为客户端。
在与对方联调前，我已经写了一个客户端运行于PC或设备上，模拟对方的手机APP，对我的模块做了基本的自测，也测出了我的模块的一些问题。
然后在与对方正式联调时，出现的大多问题都在对方那边，所以这时候我就可以帮助对方分析问题，提高了联调效率。
上面分享了一些我的经验及思路，下面看看一些具体的调试方法与调试工具：
调试方法
1、LOG
我在实际工作中，log打印调试解决了我大多数的问题，一般的问题，通过分析log都可以定位出问题所在。但是，打log也是有很多讲究的，需要我们打印出有助于我们调试的信息。
比如：
- log的格式
带时间戳、函数名、行号等有助于分析问题的信息。比如：
<xxxms>[func:100]
当然，实际中可能不只包含如上信息，根据需要添加。
- 在一些判断分支要加上log
这样可以清楚地知道程序跑到分支判断时的执行流程。
- 在一些大的操作的开始处，加上显眼的log
可以清楚地知道某个操作开始的地方。
- 业务逻辑模块，可以加上特定的标签
比如统一的log的格式中加上特定标签，比如BUSINESS。如：
<xxxms>[BUSINESS][func:100]
因为业务逻辑一般是整个项目地最上层，其它模块都是为它服务的。
我们看log的时候，通过编辑器搜索关键字 BUSINESS 就可以只列出业务逻辑相关的log，我们只要看这些log，就可以大致知道程序的运行流程。
当然，其它模块也可以根据需要加上标签。
- 控制log打印频率
与数据打交道的模块可能需要打印一些数据来分析源数据是否正常。可以稍微的控制打印频率，尽可能在不影响数据分析的情况下打印尽可能少的log。
否则，一些log的文件动不动就几百MB，分析起来也很头疼。特别的，log需要保存在flash上时，为了防止log爆满flash，常常需要限制log文件的大小并做log滚动覆盖，这时候无效log太多了可能就会覆盖掉有效的log。
2、在线调试
在线调试，可以看到程序运行的更多细节。基本的应该都会吧。
关于keil的调试相关的内容，推荐看一下我同事鱼鹰写的文章（公众号：鱼鹰谈单片机），他对这方面研究得比较深。
3、其它调试工具
我们公众号之前也分享了很多有用的调试相关的工具：
（1）VirtLCD
这是一个实用的LCD模拟器，手头上暂时没有LCD或者开发初期，需要频繁下载程序，验证效果的时候，可以使用VirtLCD来提高我们的开发、调试效率。
VirtLCD的介绍及简单使用：
实用 | 手头上无LCD却又急着开发UI？LCD模拟器了解一下~
（2）Wireshark
Wireshark 是一个网络封包分析软件。比如我们在调试socket通信的时候，可以使用Wireshark 监控看看我们有没有发送数据出去，或者有没有收到对方发送的数据。
wireshark的介绍及简单使用：
（3）VSPD
Virtual Serial Port Driver（VSPD）是一个虚拟串口软件。虚拟串口软件是一种模拟物理串行接口的软件，它完全复制了硬件 COM 接口的功能，并且将被操作系统和串行应用程序识别为真实端口。
在编写串口上位机时，需要进行调试。一种方式是与下位机进行通信进行测试；另一种方式是借助虚拟串口软件来进行测试。
VSPD的介绍及简单使用：
（4）LVGL GUI Guider
GUI Guider是恩智浦为LVGL开发了一个上位机GUI设计工具，可以通过拖放控件的方式设计LVGL GUI页面，加速GUI的设计。
相关文章：
（5）Jlink+JScope
J-Scope 是 SEGGER 推出的波形显示软件，傻瓜式，简单易上手。需要搭配 Jlink仿真器 （V9或V10）使用。
J-Scope的介绍及简单使用：
（6）SEGGER_RTT
RTT全称是Real Time Transmit（实时传输），是SEGGER 公司推出的，是搭配 Jlink仿真器 （V9或V10）使用的一种调试手段。
SEGGER_RTT的介绍及简单使用：
（7）CmBacktrace
CmBacktrace （Cortex Microcontroller Backtrace）是一款针对 ARM Cortex-M 系列 MCU 的错误代码自动追踪、定位，错误原因自动分析的开源库。
CmBacktrace 的介绍及简单使用：
（8）VOFA+
VOFA+（伏特加）插件驱动的高自由度上位机。其是一款通用的数据调试工具，它让图形化调试变得像串口调试一样简单。通过打印字符串，或者发送十六进制数字的方式，就能完成数据的可视化操作。
官网：
https://www.vofa.plus/
VOFA+的介绍及简单使用：
（9）QEMU
QEMU是一款知名的而且开源的模拟器（官网：https://www.qemu.org/），它能在 X86 PC 上运行能够模拟 Arm、MIPS、RISC-V 等各种 CPU 和开发板，以及 网卡、声卡、键盘、sdcard、emmc、usb等各种外设。
QEMU我还未使用过，之前转载的一篇文章：
（10）Valgrind
Valgrind是一套Linux下，开放源代码（GPL V2）的仿真调试工具的集合。
Valgrind的介绍及简单使用：
（11）Bus hound
Bus hound是一款为了在pc电脑上进行总线数据包监控以及操控的开发工具。用来捕捉来自设备的协议包和输入输出操作，它是功能强大的总线协议分析器。
之前有与USB上位机联调，通过这个工具可以监控上位机发出的数据是否正确。关于Bus hound的文章我们公众号还没有分享过，先占个坑，之后有机会再分享。
最后，为大家送上合集：嵌入式工具
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