嵌入式软件开发,可以这样输出调试信息

一起学嵌入式 2025-03-30 07:04

扫描关注一起学嵌入式,一起学习,一起成长

输出调试信息是软件开发中必不可少的调试利器,在出现bug时如果没有调试信息将会是一件令人头痛的事。

本文主要介绍在嵌入式开发中用来输出 log 的方法,这些方法都是在实际开发过程中使用过的。

嵌入式开发的一个特点是很多时候没有操作系统,或者没有文件系统,常规的打印log到文件的方法基本不适用。

最常用的是通过串口输出 uart log,例如51单片机,只要实现串口驱动,然后通过串口输出就可以了。

这种方法实现简单,大部分嵌入式芯片都有串口功能。但是这样简单的功能有时候却不是那么好用,比如:

  1. 一款新拿到的芯片,没有串口驱动时如何打印log

  2. 某些应用下对时序要求比较高,串口输出log占用时间太长怎么办?比如usb枚举。

  3. 某些bug正常运行时会出现,当打开串口log时又不再复现怎么办?

  4. 一些封装中没有串口,或者串口已经被用作其他用途,要如何输出log?

一、输出log信息到SRAM

准确来说这里并不是输出log,而是以一种方式不使用串口就可以看到log。在芯片开发阶段都可以连接仿真器调试,可以使用打断点的方法调试,但是有些操作如果不能被打断就没法使用断点调试了。

这时候可以考虑将log打印到SRAM中,整个操作结束后再通过仿真器查看SRAM中的log buffer,这样就实现了间接的log输出。

本文使用的测试平台是stm32f407 discovery,基于usb host实验代码,对于其他嵌入式平台原理也是通用的。

首先定义一个结构体用于打印log,如下:


typedef struct {
   volatile u8     type;
   u8*             buffer;             /* log buffer指针*/
   volatile u32    write_idx;          /* log写入位置*/
   volatile u32    read_idx;           /* log 读取位置*/
}log_dev;

定义一段SRAM空间作为log buffer

static u8 log_buffer[LOG_MAX_LEN];

log buffer是环形缓冲区,在小的buffer就可以无限打印log,缺点也很明显,如果log没有及时输出就会被新的覆盖。Buffer大小根据SRAM大小分配,这里使用1kB。

为了方便输出参数,使用printf函数来格式化输出,需要做如下配置

并包含头文件#include , 在代码中实现函数fputc()

//redirect fputc
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    print_ch((u8)ch);
    return ch;
}

写入数据到Sram:

/*write log to bufffer or I/O*/
void print_ch(u8 ch)
{
    log_dev_ptr->buffer[log_dev_ptr->write_idx++] = ch;
    if(log_dev_ptr->write_idx >= LOG_MAX_LEN){
        log_dev_ptr->write_idx = 0;
    }
}

为了方便控制log打印格式,在头文件中再添加自定义的打印函数:

#ifdef DEBUG_LOG_EN
#define DEBUG(...)      printf("usb_printer:"__VA_ARGS__)
#else
#define DEBUG(...)
#endif

在需要打印log的地方直接调用DEBUG()即可,最终效果如下,从Memory窗口可以看到打印的log:

二、通过SWO输出log

通过打印log到SRAM的方式可以看到log,但是数据量多的时候可能来不及查看就被覆盖了。

为了解决这个问题,可以使用St-link的SWO输出log,这样就不用担心log被覆盖。

在log结构体中添加SWO的操作函数集:

typedef struct{
    u8 (*init)(void* arg);
    u8 (*print)(u8 ch);
    u8 (*print_dma)(u8* buffer, u32 len);
}log_func;

typedef struct {
    volatile u8     type;
    u8*             buffer;
    volatile u32    write_idx;
    volatile u32    read_idx;
    //SWO
    log_func*       swo_log_func;
}log_dev;

SWO只需要print操作函数,实现如下:

u8 swo_print_ch(u8 ch)
{
    ITM_SendChar(ch);
    return 0;
}

使用SWO输出log同样先输出到log buffer,然后在系统空闲时再输出,当然也可以直接输出。

log延迟输出会影响log的实时性,而直接输出会影响到对时间敏感的代码运行,所以如何取舍取决于需要输出log的情形。在while循环中调用output_ch()函数,就可以实现在系统空闲时输出log。

/*output log buffer to I/O*/
void output_ch(void)
{   
    u8 ch;
    volatile u32 tmp_write,tmp_read;
    tmp_write = log_dev_ptr->write_idx;
    tmp_read = log_dev_ptr->read_idx;

    if(tmp_write != tmp_read){
            ch = log_dev_ptr->buffer[tmp_read++];
            //swo
            if(log_dev_ptr->swo_log_func)
                    log_dev_ptr->swo_log_func->print(ch);
            if(tmp_read >= LOG_MAX_LEN){
                    log_dev_ptr->read_idx = 0;
            }else{
                    log_dev_ptr->read_idx = tmp_read;
            }
    }
}

2.1 通过IDE输出

使用IDE中SWO输出功能需要做如下配置(Keil):

在窗口可以看到输出的log:

2.2 通过STM32 ST-LINK Utility输出

使用STM32 ST-LINK Utility不需要做特别的设置,直接打开ST-LINK菜单下的Printf via SWO viewer,然后按start:

三、通过串口输出log

以上都是在串口log暂时无法使用,或者只是临时用一下的方法,而适合长期使用的还是需要通过串口输出log,毕竟大部分时候没法连接仿真器。

添加串口输出log只需要添加串口的操作函数集即可:

typedef struct {
    volatile u8     type;
    u8*             buffer;
    volatile u32    write_idx;
    volatile u32    read_idx;
    volatile u32    dma_read_idx;
    //uart
    log_func*       uart_log_func;
    //SWO
    log_func*       swo_log_func;
}log_dev;

实现串口驱动函数:

log_func uart_log_func = {
    uart_log_init,
    uart_print_ch,
    0,
};
添加串口输出log与通过SWO过程类似,不再多叙述。而下面要讨论的问题是,串口的速率较低,输出数据需要较长时间,严重影响系统运行。
虽然可以通过先打印到SRAM再延时输出的办法来减轻影响,但是如果系统中断频繁,或者需要做耗时运算,则可能会丢失log。
要解决这个问题,就是要解决CPU与输出数据到串口同时进行的问题,嵌入式工程师立马可以想到DMA正是好的解决途径。
使用DMA搬运log数据到串口输出,同时又不影响CPU运行,这样就可以解决输出串口log耗时影响系统的问题。串口及DMA初始化函数如下:
u8 uart_log_init(void* arg)
{
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
    u32* bound = (u32*)arg;
    //GPIO端口设置
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);//使能USART2时钟
    //串口2对应引脚复用映射
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource2,GPIO_AF_USART2);
    //USART2端口配置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;   //速度50MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽复用输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
 //USART2初始化设置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = *bound;//波特率设置
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx; //收发模式
    USART_Init(USART2, &USART_InitStructure); //初始化串口1
#ifdef LOG_UART_DMA_EN  
    USART_DMACmd(USART2,USART_DMAReq_Tx,ENABLE);
#endif  
    USART_Cmd(USART2, ENABLE);  //使能串口1 
    USART_ClearFlag(USART2, USART_FLAG_TC);
    while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TC) == RESET);
#ifdef LOG_UART_DMA_EN
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA1, ENABLE);
    //Config DMA channel, uart2 TX usb DMA1 Stream6 Channel
    DMA_DeInit(DMA1_Stream6);
    DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_4;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)(&USART2->DR);
    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_MemoryToPeripheral;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;
    DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
    DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable; 
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;
    DMA_Init(DMA1_Stream6, &DMA_InitStructure);
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA1, ENABLE);
#endif
    return 0;
}

DMA输出到串口的函数如下:

u8 uart_print_dma(u8* buffer, u32 len)
{
        if((DMA1_Stream6->CR & DMA_SxCR_EN) != RESET){
                //dma not ready
                return 1;
        }
        if(DMA_GetFlagStatus(DMA1_Stream6,DMA_IT_TCIF6) != RESET){
                DMA_ClearFlag(DMA1_Stream6,DMA_FLAG_TCIF6);
                DMA_Cmd(DMA1_Stream6,DISABLE);
        }
        DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Stream6,len);
        DMA_MemoryTargetConfig(DMA1_Stream6, (u32)buffer, DMA_Memory_0);
        DMA_Cmd(DMA1_Stream6,ENABLE);
        return 0;
}

这里为了方便直接使用了查询DMA状态寄存器,有需要可以修改为DMA中断方式,查Datasheet可以找到串口2使用DMA1 channel4的stream6:

最后在PC端串口助手可以看到log输出:

使用DMA搬运log buffer中数据到串口,同时CPU可以处理其他事情,这种方式对系统影响最小,并且输出log及时,是实际使用中用的最多的方式。并且不仅可以用串口,其他可以用DMA操作的接口(如SPI、USB)都可以使用这种方法来打印log。

四、使用IO模拟串口输出log

最后要讨论的是在一些封装中没有串口,或者串口已经被用作其他用途时如何输出log,这时可以找一个空闲的普通IO,模拟UART协议输出log到上位机的串口工具。

常用的UART协议如下:

只要在确定的时间在IO上输出高低电平就可以模拟出波形,这个确定的时间就是串口波特率。

为了得到精确延时,这里使用TIM4定时器产生1us的延时。注意:定时器不能重复用,在测试工程中TIM2、3都被用了,如果重复用就错乱了。

初始化函数如下:

u8 simu_log_init(void* arg)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStructure;  
    u32* bound = (u32*)arg;
    //GPIO端口设置
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA时钟
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;   //速度50MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽复用输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
    GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
    //Config TIM
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE); //使能TIM4时钟
    TIM_DeInit(TIM4);
    TIM_InitStructure.TIM_Prescaler = 1;        //2分频
    TIM_InitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_InitStructure.TIM_Period = 41;          //1us timer
    TIM_InitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_InitStructure);
    TIM_ClearFlag(TIM4, TIM_FLAG_Update);
    baud_delay = 1000000/(*bound);          //根据波特率计算每个bit延时
    return 0;
}

使用定时器的delay函数为:

void simu_delay(u32 us)
{
    volatile u32 tmp_us = us;
    TIM_SetCounter(TIM4, 0);
    TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
    while(tmp_us--){
        while(TIM_GetFlagStatus(TIM4, TIM_FLAG_Update) == RESET);
        TIM_ClearFlag(TIM4, TIM_FLAG_Update);
    }   
    TIM_Cmd(TIM4, DISABLE);
}

最后是模拟输出函数,注意:输出前必须要关闭中断,一个byte输出完再打开,否则会出现乱码:

u8 simu_print_ch(u8 ch)
{
   volatile u8 i=8;
   __asm("cpsid i");
   //start bit
   GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
   simu_delay(baud_delay);
   while(i--){
           if(ch & 0x01)
               GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
           else
               GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
           ch >>= 1;
           simu_delay(baud_delay);
   }
   //stop bit
   GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
   simu_delay(baud_delay);
   simu_delay(baud_delay);
   __asm("cpsie i");
   return 0;
}
本文介绍了几种开发中使用过的打印调试信息的方法,方法总是死的,关键在于能灵活使用;

通过打印有效的调试信息,可以帮助解决开发及后期维护中遇到的问题,少走弯路。

具体代码参考:

链接: https://pan.baidu.com/s/1RLsrZ34MsqxXR_5BLRWRtA 密码: ejgm

文章来源于网络,版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除。



关注【一起学嵌入式】,回复加群进技术交流群。



觉得文章不错,点击“分享”、“”、“在看” 呗!

一起学嵌入式 公众号【一起学嵌入式】,RTOS、Linux编程、C/C++,以及经验分享、行业资讯、物联网等技术知
评论 (0)
  • 据先科电子官方信息,其产品包装标签将于2024年5月1日进行全面升级。作为电子元器件行业资讯平台,大鱼芯城为您梳理本次变更的核心内容及影响:一、标签变更核心要点标签整合与环保优化变更前:卷盘、内盒及外箱需分别粘贴2张标签(含独立环保标识)。变更后:环保标识(RoHS/HAF/PbF)整合至单张标签,减少重复贴标流程。标签尺寸调整卷盘/内盒标签:尺寸由5030mm升级至**8040mm**,信息展示更清晰。外箱标签:尺寸统一为8040mm(原7040mm),提升一致性。关键信息新增新增LOT批次编
    大鱼芯城 2025-04-01 15:02 202浏览
  • 文/郭楚妤编辑/cc孙聪颖‍不久前,中国发展高层论坛 2025 年年会(CDF)刚刚落下帷幕。本次年会围绕 “全面释放发展动能,共促全球经济稳定增长” 这一主题,吸引了全球各界目光,众多重磅嘉宾的出席与发言成为舆论焦点。其中,韩国三星集团会长李在镕时隔两年的访华之行,更是引发广泛热议。一直以来,李在镕给外界的印象是不苟言笑。然而,在论坛开幕前一天,李在镕却意外打破固有形象。3 月 22 日,李在镕与高通公司总裁安蒙一同现身北京小米汽车工厂。小米方面极为重视此次会面,CEO 雷军亲自接待,小米副董
    华尔街科技眼 2025-04-01 19:39 217浏览
  • 随着汽车向智能化、场景化加速演进,智能座舱已成为人车交互的核心承载。从驾驶员注意力监测到儿童遗留检测,从乘员识别到安全带状态判断,座舱内的每一次行为都蕴含着巨大的安全与体验价值。然而,这些感知系统要在多样驾驶行为、复杂座舱布局和极端光照条件下持续稳定运行,传统的真实数据采集方式已难以支撑其开发迭代需求。智能座舱的技术演进,正由“采集驱动”转向“仿真驱动”。一、智能座舱仿真的挑战与突破图1:座舱实例图智能座舱中的AI系统,不仅需要理解驾驶员的行为和状态,还要同时感知乘员、儿童、宠物乃至环境中的潜在
    康谋 2025-04-02 10:23 99浏览
  • 退火炉,作为热处理设备的一种,广泛应用于各种金属材料的退火处理。那么,退火炉究竟是干嘛用的呢?一、退火炉的主要用途退火炉主要用于金属材料(如钢、铁、铜等)的热处理,通过退火工艺改善材料的机械性能,消除内应力和组织缺陷,提高材料的塑性和韧性。退火过程中,材料被加热到一定温度后保持一段时间,然后以适当的速度冷却,以达到改善材料性能的目的。二、退火炉的工作原理退火炉通过电热元件(如电阻丝、硅碳棒等)或燃气燃烧器加热炉膛,使炉内温度达到所需的退火温度。在退火过程中,炉内的温度、加热速度和冷却速度都可以根
    锦正茂科技 2025-04-02 10:13 73浏览
  • 提到“质量”这两个字,我们不会忘记那些奠定基础的大师们:休哈特、戴明、朱兰、克劳士比、费根堡姆、石川馨、田口玄一……正是他们的思想和实践,构筑了现代质量管理的核心体系,也深远影响了无数企业和管理者。今天,就让我们一同致敬这些质量管理的先驱!(最近流行『吉卜力风格』AI插图,我们也来玩玩用『吉卜力风格』重绘质量大师画象)1. 休哈特:统计质量控制的奠基者沃尔特·A·休哈特,美国工程师、统计学家,被誉为“统计质量控制之父”。1924年,他提出世界上第一张控制图,并于1931年出版《产品制造质量的经济
    优思学院 2025-04-01 14:02 149浏览
  • 在智能交互设备快速发展的今天,语音芯片作为人机交互的核心组件,其性能直接影响用户体验与产品竞争力。WT588F02B-8S语音芯片,凭借其静态功耗<5μA的卓越低功耗特性,成为物联网、智能家居、工业自动化等领域的理想选择,为设备赋予“听得懂、说得清”的智能化能力。一、核心优势:低功耗与高性能的完美结合超低待机功耗WT588F02B-8S在休眠模式下待机电流仅为5μA以下,显著延长了电池供电设备的续航能力。例如,在电子锁、气体检测仪等需长期待机的场景中,用户无需频繁更换电池,降低了维护成本。灵活的
    广州唯创电子 2025-04-02 08:34 154浏览
  • 引言在语音芯片设计中,输出电路的设计直接影响音频质量与系统稳定性。WT588系列语音芯片(如WT588F02B、WT588F02A/04A/08A等),因其高集成度与灵活性被广泛应用于智能设备。然而,不同型号在硬件设计上存在关键差异,尤其是DAC加功放输出电路的配置要求。本文将从硬件架构、电路设计要点及选型建议三方面,解析WT588F02B与F02A/04A/08A的核心区别,帮助开发者高效完成产品设计。一、核心硬件差异对比WT588F02B与F02A/04A/08A系列芯片均支持PWM直推喇叭
    广州唯创电子 2025-04-01 08:53 193浏览
  • 探针本身不需要对焦。探针的工作原理是通过接触被测物体表面来传递电信号,其精度和使用效果取决于探针的材质、形状以及与检测设备的匹配度,而非对焦操作。一、探针的工作原理探针是检测设备中的重要部件,常用于电子显微镜、坐标测量机等精密仪器中。其工作原理主要是通过接触被测物体的表面,将接触点的位置信息或电信号传递给检测设备,从而实现对物体表面形貌、尺寸或电性能等参数的测量。在这个过程中,探针的精度和稳定性对测量结果具有至关重要的影响。二、探针的操作要求在使用探针进行测量时,需要确保探针与被测物体表面的良好
    锦正茂科技 2025-04-02 10:41 71浏览
  • 职场之路并非一帆风顺,从初入职场的新人成长为团队中不可或缺的骨干,背后需要经历一系列内在的蜕变。许多人误以为只需努力工作便能顺利晋升,其实核心在于思维方式的更新。走出舒适区、打破旧有框架,正是让自己与众不同的重要法宝。在这条道路上,你不只需要扎实的技能,更需要敏锐的观察力、不断自省的精神和前瞻的格局。今天,就来聊聊那改变命运的三大思维转变,让你在职场上稳步前行。工作初期,总会遇到各式各样的难题。最初,我们习惯于围绕手头任务来制定计划,专注于眼前的目标。然而,职场的竞争从来不是单打独斗,而是团队协
    优思学院 2025-04-01 17:29 200浏览
  • 北京贞光科技有限公司作为紫光同芯授权代理商,专注于为客户提供车规级安全芯片的硬件供应与软件SDK一站式解决方案,同时配备专业技术团队,为选型及定制需求提供现场指导与支持。随着新能源汽车渗透率突破40%(中汽协2024数据),智能驾驶向L3+快速演进,车规级MCU正迎来技术范式变革。作为汽车电子系统的"神经中枢",通过AEC-Q100 Grade 1认证的MCU芯片需在-40℃~150℃极端温度下保持μs级响应精度,同时满足ISO 26262 ASIL-D功能安全要求。在集中式
    贞光科技 2025-04-02 14:50 128浏览
  • 文/Leon编辑/cc孙聪颖‍步入 2025 年,国家进一步加大促消费、扩内需的政策力度,家电国补政策将持续贯穿全年。这一利好举措,为行业发展注入强劲的增长动力。(详情见:2025:消费提振要靠国补还是“看不见的手”?)但与此同时,也对家电企业在战略规划、产品打造以及市场营销等多个维度,提出了更为严苛的要求。在刚刚落幕的中国家电及消费电子博览会(AWE)上,家电行业的竞争呈现出胶着的态势,各大品牌为在激烈的市场竞争中脱颖而出,纷纷加大产品研发投入,积极推出新产品,试图提升产品附加值与市场竞争力。
    华尔街科技眼 2025-04-01 19:49 211浏览
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦