能否及時高效地構建嵌入式系統，取決于軟件開發人員在工作臺上是否有合適工具來幫助完成開發工作。雖然預算通常受到限制，但有些工具是每位嵌入式軟件工程師都必需的，這些工具可以幫助他們大幅減少構建、調試和驗證其設計所需的時間。

對工程師來說好消息是，打造一個包含完成開發工作所需全部工具的終極嵌入式軟件工作臺，并不需要高達上萬美元的費用。但是，有些基本工具是每位開發人員都必須擁有的，包括專業調試探頭和邏輯分析儀，以及簡單的手工工具。下面我們將了解哪些工具是必需的，以及如何選擇這些工具。

選擇調試器

開發人員的工作臺上必備的第一種最重要工具是調試器。調試器的作用就如同包含應用代碼的主機開發機與將要運行應用代碼的目標嵌入式處理器之間的橋梁。調試器提供幾種關鍵功能：

• 提取已編譯和鏈接的應用，并將其加載到目標存儲器中。

• 向目標處理器告知調試器已連接，并配置所有板載硬件調試模塊和功能。

• 負責設置軟件和硬件斷點。

• 在調試過程中可用于讀取寄存器和片上存儲器。

• 接收實時應用程序跟蹤信息以用于調試應用程序。

在很多實例中，開發人員僅選擇他們能夠找到的最低成本的調試器，或很多開發套件附帶的默認板載 (OB) 調試器。這種做法的問題在于 OB 調試器的功能非常有限。

比較調試器之間差異的一種很好的方法是檢查 SEGGER 提供的調試工具。很多不同微控制器供應商的多種開發套件都提供了基于 SEGGER J-Link 的 OB 調試器。下圖顯示了面向各種目標內核的不同 J-Link OB 調試器的典型特性集（圖 1）。

圖 1：低成本開發板附帶的各種 SEGGER J-Link OB 調試器的特性集示例（圖片來源：SEGGER）

請注意，表格的最右側顯示了三個關鍵速度特性：SWO 速度、接口速度和下載性能。對于大多數零件而言，這些速度都不超過 4 MHz，其中大多數速度遠低于這個數字。

初看起來，這些 J-Link OB 調試器的指標數據還不錯，畢竟它們是免費的。但是，如果將這些特性與 J-Link Ultra+ 或 J-Trace 等全功能調試器進行比較（圖 2），您會改變這種看法。

圖 2：J-Link 系列調試器提供專業級調試功能，速度高達 100 MHz。（圖片來源：SEGGER）

請注意：最低 SWO 速度為 30 MHz，最高達到 100 MHz。SWO 接口用于調試，也用于接收一些跟蹤數據。這種速度增加，再加上無限制斷點、以太網選項和嵌入式跟蹤緩沖區 (ETB) 等額外特性，使得這些調試器成為極其高效的工具。與開發套件上的基本調試器相比，這些調試器的功能更為強大和豐富，不僅有助于加快編程速度，還能縮短實際調試系統的時間。

我們以 J-Link Ultra+ 為例。這是一款全功能專業調試器，其特性包括無限制斷點，以及極快的 SWO 和接口時鐘速率（圖 3）。

圖 3：J-Link Ultra+ 是一款全功能專業調試器，其特性包括無限斷點，以及極快的 SWO 和接口時鐘速率。（圖片來源：SEGGER）

希望將嵌入式工作臺提升到全新水平的開發人員應該考慮使用 SEGGER J-Trace（圖 4）。J-Trace 不僅支持與 J-Link Ultra+ 相同的功能，還能夠使用 Arm 嵌入式跟蹤宏單元 (ETM) 接口連接到目標器件。

ETM 包含更多的數據通信通道，讓開發人員能夠檢索有關應用程序及微控制器工作狀況的更多信息。例如，開發人員能夠使用 ETM 來執行代碼分支分析，甚至執行指令跟蹤。

圖 4：J-Trace 支持 ETM 接口，除了執行代碼覆蓋分析之外，還讓開發人員能夠對應用程序執行指令跟蹤。（圖片來源：SEGGER）

嵌入式系統分析工具

一旦開發人員獲得了功能合適的調試器，他們將希望找到和選擇多種工具，以協助他們調試和分析系統。開發人員在開發周期中平均有多達 50% 的時間花費在調試軟件上。調試系統的效率越高越好。

開發人員應該考慮采用幾種工具來分析系統。這些工具包括像 B&K Precision BK2190E 這樣的雙通道 100 MHz 范圍的傳統示波器，或者 SparkFun Electronics Logic Pro 8 USB 邏輯分析儀。Logic Pro 8 非常適合用于分析通用輸入/輸出行為和通信協議。該分析儀能夠同時監控多達八個通道，并提供觸發功能，用于捕捉電平、上升沿或下降沿。

圖 5：Logic Pro 8 USB 邏輯分析儀是用于分析通用輸入/輸出行為和通信協議的強大工具。（圖片來源：SparkFun Electronics）

每個工作臺都需要的常規原型開發工具

雖然軟件開發人員并非硬件工程師，但準備一些有助于檢測和操作硬件的工具仍然很有用。第一種必不可少的工具是一組跳線。跳線似乎總是供應不足，但它是將外部傳感器或器件連接到開發套件所必需的。一組 Bud Industries 母頭對母頭跳線和公頭對公頭跳線足以包含所有必需的組合。

圖 6：母頭對母頭跳線（圖示）和公頭對公頭跳線對于快速原型開發和嵌入式系統故障排除至關重要。（圖片來源：Bud Industries）

除了跳線之外，還應準備一對優質 Aven Tools 尖嘴鉗和 Apex Tool Group MS54V 4 英寸半埋式橢圓頭鋼絲鉗，以便將跳線放置到擁擠空間內，或者進行切割以在原型板上輕松連接。購買一對高質量工具將確保您能夠在需要時隨時使用。

最后，每位開發人員還需要備有放大燈，例如 Aven 的 5 英寸 ProVue SuperSlim LED 燈，以便輕松查看 PC 板上的絲印。軟件開發人員使用放大燈的頻率遠少于硬件工程師，但有時需要對絲印進行快速修改，或者電路板上的超小絲印需要放大或額外照明。

構建工作臺的技巧和訣竅

構建工作臺有時似乎非常簡單，但令人吃驚的是很多團隊沒有最基本的工具。以下一些技巧有助于您構建出“終極”嵌入式工作臺：

• 找出開發過程中的主要瓶頸，確定是否有工具可以消除這些瓶頸。

• 購買高質量的工具。劣質工具容易磨損和損壞，經常需要更換。優質工具可以持續使用 20 年甚至更長時間。

• 不要讓價格成為主要決定性因素。從長遠來看，多花一些錢購買優質工具是值得的。

• 進行成本效益分析以及投資回報分析。當工具要使用五年甚至更長時間，或者僅在開發周期中使用數月時，可以更容易確定成本的合理性。

• 對于易損壞的低成本工具，購買兩套，確保手頭有備用。

• 分階段逐步構建工作臺。構建專業的工作臺可能花費數千美元。分批購買工具，這樣有助于擺脫預算制約。

• 不要害怕購買已經用過的工具，只要其來源可靠且維護狀態良好即可。

• 在軟件調試方面，邏輯分析儀可以取代示波器。

總結

構建高效的工作臺不能貪圖便宜。必須找到并購買適合開發工作的工具，它們能夠提高效率和消除障礙，幫助提升整體產品質量，甚至降低開發人員的壓力（至少減少他們遇到的問題）。

請仔細評估哪些工具能讓開發過程變得更加簡單，并確定這些工具是否能夠長期使用。盡可能不要考慮如何省錢。只要買到合適的工具就能獲得回報，因為功能完備且配置適當的工作臺是效率的保證。