侵入式調(diào)試和非侵入式調(diào)試

在嵌入式應(yīng)用的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要通過(guò)調(diào)試來(lái)解決程序運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，根據(jù)是否會(huì)打斷程序的“全速運(yùn)行狀態(tài)”，調(diào)試方式可以分為侵入式調(diào)試和非侵入式調(diào)試兩類。

侵入式調(diào)試手段如下：

? 停機(jī)以及單步執(zhí)行程序

? 硬件斷點(diǎn)和斷點(diǎn)指令（BKPT）

? 變量數(shù)據(jù)觀察點(diǎn)（Watch觀察窗口）

? 訪問(wèn)寄存器的值

? 調(diào)試監(jiān)視器異常

非侵入式調(diào)試手段如下：

? 在內(nèi)核運(yùn)行的時(shí)候訪問(wèn)存儲(chǔ)器

? 指令跟蹤，需要硬件包含指令跟蹤單元（ETM）

通常情況下，我們采用的是侵入式調(diào)試，但這種調(diào)試會(huì)打破程序的全速運(yùn)行狀態(tài)。非侵入式調(diào)試則可以在保證程序全速運(yùn)行的情況下，了解程序運(yùn)行的情況。在調(diào)試大型軟件和RTOS多任務(wù)系統(tǒng)，或者與通信時(shí)序相關(guān)的應(yīng)用時(shí)（非侵入式調(diào)試會(huì)破壞通信時(shí)序），應(yīng)用代碼可能突然跑飛或者產(chǎn)生異常中斷，而導(dǎo)致問(wèn)題的原因可能難以發(fā)現(xiàn)。

此時(shí)非侵入式調(diào)試如指令跟蹤這樣的功能就有著不可比擬的作用。指令跟蹤能夠記錄問(wèn)題發(fā)生之前MCU內(nèi)部的指令執(zhí)行歷史記錄，這些信息可以幫助開(kāi)發(fā)者回溯問(wèn)題現(xiàn)場(chǎng)來(lái)準(zhǔn)確定位問(wèn)題發(fā)生的原因。

指令跟蹤的實(shí)現(xiàn)方式

在嵌入式MCU調(diào)試中指令跟蹤存在多種實(shí)現(xiàn)方式，通過(guò)對(duì)比我們將能夠更清楚的了解Segger J-Trace Pro產(chǎn)品流模式指令跟蹤功能的強(qiáng)大之處。

（1）使用MCU片上緩存實(shí)現(xiàn)指令跟蹤

一些MCU內(nèi)部包含指令緩存區(qū)域，緩存區(qū)域依據(jù)不同芯片型號(hào)命名可能有所不同，例如Embedded Trace Buffer（ETB），Micro Trace Buffer（MTB）,Embedded Trace FIFO（ETF）等。指令跟蹤記錄被保存在該片上區(qū)域，當(dāng)程序停止運(yùn)行時(shí)，PC端調(diào)試軟件讀取該區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)以獲取指令跟蹤數(shù)據(jù)。

使用該方式實(shí)現(xiàn)指令跟蹤存在的限制：

? 片上的緩存空間很小，通常緩存空間大小只有kb級(jí)別

? 只能記錄非常有限的指令執(zhí)行歷史記錄

（2）使用調(diào)試器內(nèi)部緩存進(jìn)行指令跟蹤

另外一種實(shí)現(xiàn)指令跟蹤的方式是調(diào)試器內(nèi)部提供指令緩存空間，緩存空間大小可能為MB到GB級(jí)別，但受限于調(diào)試器本身的硬件實(shí)現(xiàn)成本，調(diào)試器內(nèi)部所能夠提供的緩存空間同樣不會(huì)很大。

該方式實(shí)現(xiàn)指令跟蹤存在的限制：

? 片上的緩存空間為MB到GB范圍

? 能記錄有限的指令執(zhí)行歷史，但無(wú)法記錄從應(yīng)用開(kāi)始執(zhí)行到出現(xiàn)異常的全過(guò)程指令記錄

? 通常需要暫停應(yīng)用運(yùn)行后，PC端軟件才會(huì)讀取緩存在調(diào)試器中的Trace數(shù)據(jù)

Segger J-Trace Pro流模式指令跟蹤

前面的兩種實(shí)現(xiàn)方式都因?yàn)榫彺婵臻g大小的影響而有其使用局限性，Segger J-Trace Pro產(chǎn)品則使用流模式的方式解決了前面兩種方式存在的問(wèn)題，能夠給開(kāi)發(fā)者帶來(lái)成熟的指令跟蹤解決方案。J-Trace Pro在SWD/JTAG調(diào)試接口引腳之外，與芯片通過(guò)額外的跟蹤功能引腳連接，包括Trace時(shí)鐘和數(shù)據(jù)傳輸引腳，MCU內(nèi)部ETM模塊中記錄的指令通過(guò)J-Trace Pro以流模式的方式實(shí)時(shí)傳輸?shù)絇C端，此時(shí)指令的緩存空間在PC電腦端，因此最大的緩存空間甚至可以達(dá)到TB級(jí)別，徹底解決了前面兩種實(shí)現(xiàn)方式所存在的局限性。

J-Trace Pro支持通過(guò)流模式實(shí)時(shí)的將指令跟蹤數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X端，該方案還帶來(lái)了如下優(yōu)勢(shì)：

? 指令緩存空間大小取決于電腦硬盤大小（TB級(jí)別）

? 能夠記錄應(yīng)用從開(kāi)始執(zhí)行到出現(xiàn)異常的完整指令過(guò)程

? 能夠記錄用戶與應(yīng)用程序發(fā)生交互行為中的指令執(zhí)行過(guò)程

? 提供的其他高級(jí)調(diào)試功能：

實(shí)時(shí)代碼覆蓋率分析

實(shí)時(shí)的代碼執(zhí)行情況分析

本文介紹了嵌入式MCU調(diào)試過(guò)程中幾種指令跟蹤調(diào)試功能的實(shí)現(xiàn)方式，對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)Segger J-Trace Pro產(chǎn)品的解決方案具有明顯優(yōu)勢(shì)，此外Segger還提供了配套的調(diào)試軟件Ozone，能夠提供強(qiáng)大的指令跟蹤調(diào)試功能

審核編輯 ：李倩