MCU開發(fā)利器：調(diào)試系統(tǒng)之UART

搞MCU軟件開發(fā)的同學(xué)，對于調(diào)試，并不陌生。開發(fā)階段，大家使用最多的調(diào)試手段：在調(diào)試器（eg:lauterbach）中，設(shè)置斷點(diǎn)（Breakpoint），通過程序進(jìn)入斷點(diǎn)的方式確認(rèn)問題。但是，此方式畢竟有其局限性，eg：

1. 非開發(fā)人員（eg:測試人員）不能或者沒有條件通過此方式進(jìn)行程序調(diào)試；

2. 車輛量產(chǎn)后，出現(xiàn)bug時(shí)，無法連接調(diào)試器，不能獲取問題發(fā)生時(shí)的車輛工況信息

3. ......

所以，談到解決bug，我們就需要思考不同階段的不同調(diào)試策略。本文聚焦UART（universal asynchronous receiver transmitter，通用異步收發(fā)器）調(diào)試系統(tǒng)。

關(guān)于調(diào)試（Debug），在Autosar規(guī)范中，也給出了多個(gè)調(diào)試模塊，比如：

• DET（Default ErrorTracer）系統(tǒng)，此模塊側(cè)重檢查BSW（Basic Software）模塊開發(fā)和運(yùn)行時(shí)的錯(cuò)誤，并不能將錯(cuò)誤信息以緩存的方式輸出。

• DLT（Diagnostic Log and Trace）系統(tǒng)，此模塊可以將SW-Cs、BSW、RTE、Det以及Dem記錄的信息，以Message的形式通過外部接口輸出，如此，即可利用外部的上位機(jī)監(jiān)控程序的運(yùn)行狀態(tài)，或者將MCU運(yùn)行的時(shí)時(shí)狀態(tài)存儲(chǔ)下來，以便后續(xù)bug問題分析。

DLT與DET的關(guān)系如下所示：

車輛量產(chǎn)后的問題，相比于DET，DLT更適合，這類似于Linux等系統(tǒng)的日志系統(tǒng)，可以將程序運(yùn)行的時(shí)時(shí)狀態(tài)記錄下來，以便于出現(xiàn)問題時(shí)，確認(rèn)問題原因。本文所討論的UART調(diào)試系統(tǒng)類似DLT，但是，相對于DLT，更輕量化，自由度也更大。

1、UART調(diào)試系統(tǒng)

UART調(diào)試系統(tǒng)，故名思意，就是利用串口功能，將log信息輸出給上位機(jī)，示意如下所示：

（一）為什么要log系統(tǒng)？

如文章開篇提到的問題：車輛量產(chǎn)以后，出現(xiàn)bug問題時(shí)，無法使用調(diào)試器進(jìn)行調(diào)試，同時(shí)，受限于DEM模塊記錄故障信息的能力，無法通過NVM存儲(chǔ)的有限數(shù)據(jù)確認(rèn)車輛問題時(shí)的運(yùn)行工況，比如：網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、某些模塊局部變量狀態(tài)等。如果能像飛機(jī)黑匣子一樣，將問題車運(yùn)行的日志記錄下來，通過DTC信息（快照數(shù)據(jù)、拓展數(shù)據(jù)）+日志信息即可最大程度的還原車輛故障時(shí)工況，進(jìn)而有效確認(rèn)問題原因。

（二）UART調(diào)試系統(tǒng)

在MCU上使用調(diào)試系統(tǒng)，需要構(gòu)造一個(gè)類似PC端的Printf接口，也就是重定向功能。利用MCU具有的外設(shè)，設(shè)計(jì)一個(gè)輸出系統(tǒng)，而UART是最常用的外設(shè)。關(guān)于UART調(diào)試系統(tǒng)，網(wǎng)上資源很多，本文不過多講解，文末給出一個(gè)源碼鏈接。

2、利用UART系統(tǒng)進(jìn)行MCU程序調(diào)試

本文分享的UART調(diào)試系統(tǒng)來自Lwip，玩Lwip系統(tǒng)的同學(xué)應(yīng)該比較熟悉。使用Lwip調(diào)試系統(tǒng)注意點(diǎn)：

（一）參數(shù)配置

在debug.h文件中，定義了一個(gè)宏：LWIP_DEBUGF，此宏引用了Ifx_Lwip_printf接口，如下所示：

而Ifx_Lwip_printf接口封裝了串口發(fā)送接口（sendUARTMessage），如下所示：

s8_tIfx_Lwip_printf(constchar*format, ...){#ifdef__LWIP_DEBUG__charstr[MAXCHARS + 4];s8_tresult = ERR_CONN;

va_list args;va_start(args, format);vsnprintf(str, MAXCHARS, format, args);va_end(args);{Ifx_SizeT cnt = 0;while(str[cnt]!=0)cnt++;sendUARTMessage(str, cnt);sendUARTMessage("rn", 2);}#endifreturnresult;}

使用調(diào)試系統(tǒng)時(shí)，需要使能Debug開關(guān)，第一個(gè)參數(shù)需要設(shè)置狀態(tài)和層級(jí)，參數(shù)配置示意如下：

TCP_OUTPUT_DEBUG | LWIP_DBG_STATE | LWIP_DBG_LEVEL_SEVERE。如下所示：

TCP_DEBUG使能需要在opt.h文件中配置，如下所示：

/*** TCP_INPUT_DEBUG:Enable debugging in tcp_in.c for incoming debug.*/#if!defined TCP_INPUT_DEBUG || defined __DOXYGEN__#defineTCP_INPUT_DEBUG LWIP_DBG_ON#endif

（二）串口上位機(jī)輸出信息

在程序任意需要輸出信息的位置，添加LWIP_DEBUGF語句，輸出的調(diào)試信息如下所示:

如上的信息流就類似黑匣子信息，可以根據(jù)開發(fā)人員或者架構(gòu)意圖，預(yù)埋一些關(guān)鍵信息，以便于后期的排查。

當(dāng)然，凡是有利有弊，雖然這樣的調(diào)試系統(tǒng)，可以很方便的增加調(diào)試信息，對開發(fā)人員友好（個(gè)人很喜歡這樣的調(diào)試系統(tǒng)），但是，增加這樣的調(diào)試系統(tǒng)需要消耗軟/硬件資源。

硬件：意味著需要增加一個(gè)用于調(diào)試的串口UART，也可以使用其他外設(shè)，eg：Ethernet。log系統(tǒng)需要緩存信息，因此需要消耗一塊物理存儲(chǔ)空間，對于MCU這種內(nèi)存資源有限的單片機(jī)，一般需要把信息傳遞給車機(jī)或者中控這類資源豐富的控制器。舉例：MCU將log信息傳遞給HUD（Head Up Display，抬頭顯示器），log信息由HUD存儲(chǔ)，之后通過對應(yīng)總線將信息輸出給外部上位機(jī)，示意如下：

軟件：增加一個(gè)調(diào)試模塊，本身就需要增加對應(yīng)的軟件，消耗部分資源。同時(shí)，由于軟件模塊的增加，也會(huì)增加部分CPU負(fù)擔(dān)，如果調(diào)試信息過多，會(huì)進(jìn)一步加重CPU負(fù)擔(dān)。所以，這里就需要考慮增加多大的CPU開銷是系統(tǒng)所能承受的。

2、Lwip UART調(diào)試系統(tǒng)源碼

本文源碼鏈接：

https://github.com/Kaixinguo2021/TC397_Tasking_UART_Logging.git