嵌入式开发输出调试信息的常用方法

嵌入式开发为什么需要输出调试信息？

稳严文：因为输出调试信息是嵌入式开发中一项非常重要的实践，它有助于保证软件的可靠性、稳定性和性能，也是故障排查的关键工具之一。

白话文：程序猿想知道自己敲的代码是否正确、是否按照要求运行，但是代码跑起来看不见、摸不着，那么就可以通过输出调试信息可以自由看到结果。

嵌入式开发输出调试信息主要有以下作用：

错误排查与问题定位

输出调试信息可以帮助你在代码中发现和定位错误。当程序出现异常行为或崩溃时，通过查看输出的调试信息，你可以更容易地找到问题的根本原因, 比如内存泄漏或者越界访问。通过查找异常条件、变量值、函数调用堆栈等信息，有助于快速定位和解决问题。

实时反馈

在开发过程中逐步增加新功能或者修改现有功能时，输出调试信息可以提供实时反馈。这使得可以快速地检查修改的效果。

代码验证和逻辑分析

输出调试信息可用于验证代码是否按预期工作。你可以在关键代码段插入打印语句，以监视变量的值和程序的流程，从而确保代码的逻辑正确性。这有助于提前发现潜在问题，减少后期调试的工作量。

验证硬件连接

通过输出与外部设备或模块的通信信息，可以验证硬件连接是否正确，是否能够正确地与外部设备进行通信。

状态监控

输出调试信息可以实时监控系统的状态。这对于嵌入式系统特别有用，你可以实时追踪传感器数据、设备状态、通信状态等，并在需要时采取相应的措施。

性能分析

输出调试信息可以帮助你评估程序的性能。你可以测量程序的执行时间，查看代码路径是否有效率，以及检查是否有不必要的延迟。

嵌入式开发输出调试信息常用的几种方法

1. 通过串口输出log

这是一种常见的调试方法。可以在STM32微控制器上配置一个UART（串口通信）模块，将调试信息发送到计算机或者其他设备上，然后在相应的终端软件（比如串口调试工具）中查看输出的log信息。

2. 输出log信息到SRAM

这种方法通常用于在没有外部调试接口（比如串口）的情况下，将调试信息保存在芯片的内部存储器中，比如SRAM（Static Random Access Memory）。可以使用类似于sprintf函数的方式将调试信息格式化后写入SRAM中，然后通过其他手段（例如JTAG/SWD接口）将SRAM中的信息读取出来进行分析。

3. 通过SWO输出log

Serial Wire Output (SWO) 是一种用于调试的硬件接口，进行调试信息的输出。这种方法相对于串口输出更为灵活，但需要相应的硬件和调试工具的支持。可以在调试器/编程器（如ST-Link）中配置SWO输出，然后使用调试工具进行连接并查看log信息。SWO可以在不影响CPU执行速度的情况下，以高速输出调试信息。

如何通过串口输出log？

要通过串口输出log信息，需要配置STM32的串口模块并使用相应的库函数或者驱动程序来发送数据。具体步骤如下：

CubeMX配置

1）启用 Debug Serial Wire

2）启用串口USART1

3）启用ADC的ADC_IN4（PA4引脚作为光照模块的模拟输入引脚，用于产生数据）

编写程序

在代码中，可以使用类似于C语言标准库中的printf函数来格式化输出log信息。

因为要使用printf，所以需要添加stdio.h头文件，并且为其重定向输出。

1）添加头文件

2）重定向标准输出（注意：每个MCU的重定向有区别，根据自己的芯片自行配置，将标准输出重定向至USART的发送数据寄存器，查看自己MCU的手册自行配置）

3）编写代码，定义一个变量接收ADC转换的值，再将其打印至串口进行调试输出

终端调试输出

1）下载并运行代码

通过IDE将代码烧录到STM32芯片上，然后运行。

2）连接串口线

确保你的开发板上已经连接了串口线，一端连接到STM32的相应串口引脚（例如：PA9、PA10），另一端连接到计算机或者其他设备的串口接口（或者通过串口转USB模块连接到计算机的USB接口）。

3）用串口调试助手输出信息

如何输出log信息到SRAM？

要将调试信息输出到STM32的SRAM（静态随机存取存储器），可以使用类似于sprintf函数将格式化的字符串写入SRAM中。具体步骤如下：

1. 初始化SRAM

在你的工程中，确保你已经正确初始化了SRAM。通常，SRAM会被映射到特定的地址空间中，你可以使用相应的地址来访问它。（因为芯片不同，请自行查阅手册或百度）

2. 使用sprintf函数

在你的代码中，你可以使用类似于C语言标准库中的sprintf函数将格式化的字符串写入一个缓冲区中。例如：

1）先定义一个缓冲区

2）再把格式化后的字符串写入到buf中

3. 将字符串写入SRAM

使用SRAM的地址，将buf中的内容写入到SRAM中。可以使用指针或者类似于memcpy的函数来实现。（注意加头文件 #include <string.h> ）代码如下：

注意：SRAM的具体地址和大小取决于你的STM32型号和硬件配置，需要根据具体情况进行相应的调整(可在Keil IDE中点击Books跳转查找)，在STM32F051中SRAM的起始地址为0x20000000。

4. 读取SRAM中的信息

在需要查看log信息的时候，您可以从SRAM的地址中读取信息并输出到串口或者其他输出设备上。（这里，我们直接输出到串口）

当然，也可以在IDE的中用Debug进行查看

这种方法的好处是，即使你的STM32芯片上没有外部调试接口（如串口），仍然可以在设备上保存和查看调试信息。但请注意，SRAM是易失性内存，断电后信息会丢失，因此只适用于临时调试目的。

如何通过SWO输出log？

温馨小TOP

名词解释：

SWD：串行线调试（Serial Wire Debug）

SWO：串行线输出（Serial Wire Output）

SWV：串行线查看器（Serial Wire Viewer）

ITM：指令跟踪宏单元（Instrumentation Trace Macrocell）

关于SWO和ITM

SWO串行线输出是单引脚、异步串行通信，可在Cortex-M3/M4/M7上使用，并由主调试器探测支持。

它是利用Cortex内核中ITM模块来实现此功能。连接引脚如下所示：

SWO输出，需要一根SWO（引脚）线，同时需要借助SWV（查看器）查看数据。

ITM 的一个主要用途，就是支持调试消息的输出（如printf 格式的输出）。ITM 包含 32 个刺激(Stimulus)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消息分离开。和基于 UART 的文字输出不同，使用 ITM 输出不会对应用程序造成很大的延迟，在 ITM 内部有一个 FIFO，它使写入的输出消息得到缓冲。