調試嵌入式軟件是我最不喜歡的行為，不幸地是，它卻是必要的。值得慶幸地是，技術和工具鏈創新的進步衍生出大量的新技術，從而大大地加快了調試過程。下面讓我們來看看其中一些方法，從傳統的斷點調試出發到更先進的儀器跟蹤技術。

　　技巧1# - 傳統的斷點調試

　　每個開發人員都熟悉傳統的調試技術，設置斷點、執行代碼，然后單步調試代碼進行監視，同時監視寄存器和變量值。斷點調試是我看到的使用最多的技術。然而，結果卻不甚樂觀，因為斷點調試的效率較低，通常會產生次優的結果。

　　既然如此，為什么大家還如此頻繁地使用斷點調試呢？主要原因似乎是斷點調試便于使用，易于理解，并且開發人員都樂觀地認為，對于工作而言，斷點是正確的工具。這種樂觀需要校驗。斷點有可能破壞系統的實時性能，同時會將開發者吸進一個黑洞，使其無休止地去單步執行代碼，盲目地尋找問題的一種解決方法。

　　技巧2#- IDE值圖

　　如今，幾乎所有的現代調試器和IDE都允許開發者監視存儲在內存中的變量值。開發人員可以選擇內存位置以及值刷新率，然后啟動調試會話。一些IDE自身就有能力監視內置到IDE的值，而另外一些IDE則需要依靠外部軟件。

　　值監測非常有用，如果將監測到的數據與圖形化表示關聯到一起，其帶來的價值則更大。對實時的數據繪制值圖對于發現意想不到的變化和驗證特定波形的生成極其有用。例如，一個三相無刷直流電機（BLDC motor）。開發人員如果想要監測每個電機支架的電流和電壓，則需要驅動電機所形成的非常具體的波形。繪制每個電機支架電流和電壓能夠讓開發人員實時看到發生的事情。

　　技巧3#-從printf到SWO

　　在高端的ARM Cortex-M系列配件中，如M3/M4，它為開發人員提供了額外的調試能力，即串行線查看器（Serial Wire Viewer，SWV）。SWV還包括除串行線輸出（SWO）以外的標準串行線調試。SWO可以用來做很酷的東西，如程序檢索計數器，事件計數器，及數據追蹤等。開發者還可以對它們進行自定義，設置自己想要在SWO中傳送的信息。

　　許多開發者為了從他們的嵌入式系統中獲取調試信息通常會設置printf。實際上則并不是在單片機中使用串口引腳，而是開發人員可以使用SWO通過調試器重新路由printf信息。以這種方式使用調試器可以保存專用串行接口的需要，同時消除了開發UART和USB設備的時間，效率更高。現在通過SWO和調試硬件將最初被應用程序所使用的開銷卸去，縮減了那些有可能被應用程序代碼使用的寶貴的時鐘周期。

　　技巧4#-RTOS跟蹤

　　試圖透過表像看清一個實時操作系統中（RTOS）的本質可以說是相當具有挑戰性。開發者并不想擾亂實時系統的性能，但仍然需要一些方法來了解系統的行為。這也是Blinky LED經常使用的把戲，但最近開發者的工具箱中增加了更多驚人的跟蹤工具。例如免費的商用RTOS工具，如TraceX、SystemView和tracealyzer等等。

　　當RTOS閑置，或是有任務進入和退出時，跟蹤工具允許開發者進行追蹤分析。開發人員可以監控系統的異常，響應時間，執行時間，以及正確開發一個嵌入式系統所需的許多其他關鍵細節。RTOS跟蹤工具最酷的功能是它們能夠展示系統內部發生了什么。實時地或是在日志文件中進行審查和時序圖監視，能夠讓開發者確定一個置信水平，用以估量系統是否能夠按預期正常運行，或者幫助他們發現一些小問題，否則將花費大量的時間去尋找。

　　技巧5 #- 使用指令追蹤技術（ETM / ETB / ETM）

　　有時開發人員面臨的調試問題，只是在處理器中所能想象到的最低層面的問題。跟蹤技術的存在，可以監視處理器執行的單個指令。在測試和驗證軟件時這種低水平跟蹤對于監測分支覆蓋非常有用。用于指令跟蹤的調試工具不同于那些開發人員使用的串行線查看，而且成本略高。

　　結束語

　　調試工具和技術在過去幾年里迅速發展，特別是高端微控制器。一般來講，工程師都是視覺型生物，工具供應商正在尋找方法以刺激視覺的方式來揭示一個實時系統究竟發生什么。配置調試工具可能需要做一些前期工作，但是在設計上多花一點時間可以換來更少的調試時間，確實是一筆非常值得的時間投資。開發人員至少應該熟悉不同的調試工具和可用的功能，以便在出現問題，系統需要調試時，他們可以選擇合適的工具完成任務。你有用過其它可以幫助工程師更快、更有效率地調試他們系統的技術么？

　　原文：Debugging the Cortex-M MCU

　　作者：Jacob Beningo

　　譯者：劉帝偉 審校：劉翔宇