輸出調(diào)試信息是嵌入式開發(fā)中必不可少的調(diào)試?yán)鳎?/span>嵌入式開發(fā)的一個(gè)特點(diǎn)是很多時(shí)候沒有操作系統(tǒng)，或者沒有文件系統(tǒng)，常規(guī)的打印log到文件的方法基本不適用。

最常用的是通過串口輸出uart log，例如51單片機(jī)，只要實(shí)現(xiàn)串口驅(qū)動(dòng)，通過串口輸出就可以了。

串口這種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，大部分嵌入式芯片都有串口功能。但是這樣簡(jiǎn)單的功能有時(shí)候卻不是那么好用，比如：

• 一款新拿到的芯片，沒有串口驅(qū)動(dòng)時(shí)如何打印log？

• 某些應(yīng)用下對(duì)時(shí)序要求比較高，串口輸出log占用時(shí)間太長(zhǎng)怎么辦？比如usb枚舉。

• 某些bug正常運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)，當(dāng)打開串口log時(shí)又不再?gòu)?fù)現(xiàn)怎么辦？

• 一些封裝中沒有串口，或者串口已經(jīng)被用作其他用途，要如何輸出log？

本文介紹單片機(jī)沒有串口時(shí)，如何打印調(diào)試信息。

1 輸出log信息到SRAM

準(zhǔn)確來(lái)說這里并不是輸出log，而是以一種方式不使用串口就可以看到log。在芯片開發(fā)階段都可以連接仿真器調(diào)試，可以使用打斷點(diǎn)的方法調(diào)試，但是有些操作如果不能被打斷就沒法使用斷點(diǎn)調(diào)試了。這時(shí)候可以考慮將log打印到SRAM中，整個(gè)操作結(jié)束后再通過仿真器查看SRAM中的log buffer，這樣就實(shí)現(xiàn)了間接的log輸出。

本文使用的測(cè)試平臺(tái)是stm32f407 discovery，基于usb host實(shí)驗(yàn)代碼，對(duì)于其他嵌入式平臺(tái)原理也是通用的。

首先定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體用于打印log，如下:

typedef struct {   volatile u8     type;   u8*             buffer;             /* log buffer指針*/   volatile u32    write_idx;          /* log寫入位置*/   volatile u32    read_idx;           /* log 讀取位置*/}log_dev;

定義一段SRAM空間作為log buffer

static u8 log_buffer[LOG_MAX_LEN];

log buffer是環(huán)形緩沖區(qū)，在小的buffer就可以無(wú)限打印log，缺點(diǎn)也很明顯，如果log沒有及時(shí)輸出就會(huì)被新的覆蓋。Buffer大小根據(jù)SRAM大小分配，這里使用1kB。

為了方便輸出參數(shù)，使用printf函數(shù)來(lái)格式化輸出，需要做如下配置。

并包含頭文件#include , 在代碼中實(shí)現(xiàn)函數(shù)fputc()。

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

寫入數(shù)據(jù)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;    }}

為了方便控制log打印格式，在頭文件中再添加自定義的打印函數(shù)：

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

在需要打印log的地方直接調(diào)用DEBUG()即可，最終效果如下，從Memory窗口可以看到打印的log：

通過SWO輸出log

通過打印log到SRAM的方式可以看到log，但是數(shù)據(jù)量多的時(shí)候可能來(lái)不及查看就被覆蓋了。為了解決這個(gè)問題，可以使用St-link的SWO輸出log，這樣就不用擔(dān)心log被覆蓋。

在log結(jié)構(gòu)體中添加SWO的操作函數(shù)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操作函數(shù)，實(shí)現(xiàn)如下：

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

使用SWO輸出log同樣先輸出到log buffer，然后在系統(tǒng)空閑時(shí)再輸出，當(dāng)然也可以直接輸出。log延遲輸出會(huì)影響log的實(shí)時(shí)性，而直接輸出會(huì)影響到對(duì)時(shí)間敏感的代碼運(yùn)行，所以如何取舍取決于需要輸出log的情形。在while循環(huán)中調(diào)用output_ch()函數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)空閑時(shí)輸出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;            }    }}

1 通過IDE輸出

使用IDE中SWO輸出功能需要做如下配置（Keil）：

在窗口可以看到輸出的log：

2 通過STM32 ST-LINK Utility輸出

使用STM32 ST-LINK Utility不需要做特別的設(shè)置，直接打開ST-LINK菜單下的Printf via SWO viewer，然后按start：

通過串口輸出log

以上都是在串口log暫時(shí)無(wú)法使用，或者只是臨時(shí)用一下的方法，而適合長(zhǎng)期使用的還是需要通過串口輸出log，畢竟大部分時(shí)候沒法連接仿真器。

添加串口輸出log只需要添加串口的操作函數(shù)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;

實(shí)現(xiàn)串口驅(qū)動(dòng)函數(shù)：

log_func uart_log_func = {    uart_log_init,    uart_print_ch,    0,};

添加串口輸出log與通過SWO過程類似，不再多敘述。而下面要討論的問題是，串口的速率較低，輸出數(shù)據(jù)需要較長(zhǎng)時(shí)間，嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行。雖然可以通過先打印到SRAM再延時(shí)輸出的辦法來(lái)減輕影響，但是如果系統(tǒng)中斷頻繁，或者需要做耗時(shí)運(yùn)算，則可能會(huì)丟失log。要解決這個(gè)問題，就是要解決CPU與輸出數(shù)據(jù)到串口同時(shí)進(jìn)行的問題，嵌入式工程師立馬可以想到DMA正是好的解決途徑。

使用DMA搬運(yùn)log數(shù)據(jù)到串口輸出，同時(shí)又不影響CPU運(yùn)行，這樣就可以解決輸出串口log耗時(shí)影響系統(tǒng)的問題:STM32串口收發(fā)數(shù)據(jù)為什么要使用DMA？串口及DMA初始化函數(shù)如下：

u8 uart_log_init(void* arg){    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;    u32* bound = (u32*)arg;    //GPIO端口設(shè)置    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA時(shí)鐘    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);//使能USART2時(shí)鐘    //串口2對(duì)應(yīng)引腳復(fù)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;//復(fù)用功能    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;   //速度50MHz    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽復(fù)用輸出    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //USART2初始化設(shè)置    USART_InitStructure.USART_BaudRate = *bound;//波特率設(shè)置    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字長(zhǎng)為8位數(shù)據(jù)格式    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一個(gè)停止位    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//無(wú)奇偶校驗(yàn)位    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//無(wú)硬件數(shù)據(jù)流控制    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx; //收發(fā)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輸出到串口的函數(shù)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;}

這里為了方便直接使用了查詢DMA狀態(tài)寄存器，有需要可以修改為DMA中斷方式，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輸出：

使用DMA搬運(yùn)log buffer中數(shù)據(jù)到串口，同時(shí)CPU可以處理其他事情，這種方式對(duì)系統(tǒng)影響最小，并且輸出log及時(shí)，是實(shí)際使用中用的最多的方式。并且不僅可以用串口，其他可以用DMA操作的接口（如SPI、USB）都可以使用這種方法來(lái)打印log。

使用IO模擬串口輸出log

最后要討論的是在一些封裝中沒有串口，或者串口已經(jīng)被用作其他用途時(shí)如何輸出log，這時(shí)可以找一個(gè)空閑的普通IO，模擬UART協(xié)議輸出log到上位機(jī)的串口工具。

常用的UART協(xié)議如下：

只要在確定的時(shí)間在IO上輸出高低電平就可以模擬出波形，這個(gè)確定的時(shí)間就是串口波特率。

為了得到精確延時(shí)，這里使用TIM4定時(shí)器產(chǎn)生1us的延時(shí)。注意：定時(shí)器不能重復(fù)用，在測(cè)試工程中TIM2、3都被用了，如果重復(fù)用就錯(cuò)亂了。

初始化函數(shù)如下：

u8 simu_log_init(void* arg){    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStructure;      u32* bound = (u32*)arg;    //GPIO端口設(shè)置    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA時(shí)鐘    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; //推挽復(fù)用輸出    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時(shí)鐘    TIM_DeInit(TIM4);    TIM_InitStructure.TIM_Prescaler = 1;        //2分頻    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);          //根據(jù)波特率計(jì)算每個(gè)bit延時(shí)    return 0;}

使用定時(shí)器的delay函數(shù)為：

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);}

最后是模擬輸出函數(shù)，注意：輸出前必須要關(guān)閉中斷，一個(gè)byte輸出完再打開，否則會(huì)出現(xiàn)亂碼：

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;}

介紹了幾種開發(fā)中使用過的打印調(diào)試信息的方法，方法總是死的，關(guān)鍵在于能靈活使用；通過打印有效的調(diào)試信息，可以幫助解決開發(fā)及后期維護(hù)中遇到的問題，少走彎路。

如果是你在項(xiàng)目中，沒有串口線你會(huì)怎么調(diào)試呢？請(qǐng)?jiān)谠u(píng)論區(qū)說出你的想法。