MCU開(kāi)發(fā)利器：調試系統之UART

搞MCU軟件開(kāi)發(fā)的同學(xué)，對于調試，并不陌生。開(kāi)發(fā)階段，大家使用最多的調試手段：在調試器（eg:lauterbach）中，設置斷點(diǎn)（Breakpoint），通過(guò)程序進(jìn)入斷點(diǎn)的方式確認問(wèn)題。但是，此方式畢竟有其局限性，eg：

1. 非開(kāi)發(fā)人員（eg:測試人員）不能或者沒(méi)有條件通過(guò)此方式進(jìn)行程序調試；

2. 車(chē)輛量產(chǎn)后，出現bug時(shí)，無(wú)法連接調試器，不能獲取問(wèn)題發(fā)生時(shí)的車(chē)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試策略。本文聚焦UART（universal asynchronous receiver transmitter，通用異步收發(fā)器）調試系統。

關(guān)于調試（Debug），在A(yíng)utosar規范中，也給出了多個(gè)調試模塊，比如：

• DET（Default ErrorTracer）系統，此模塊側重檢查BSW（Basic Software）模塊開(kāi)發(fā)和運行時(shí)的錯誤，并不能將錯誤信息以緩存的方式輸出。

• DLT（Diagnostic Log and Trace）系統，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(guò)外部接口輸出，如此，即可利用外部的上位機監控程序的運行狀態(tài)，或者將MCU運行的時(shí)時(shí)狀態(tài)存儲下來(lái)，以便后續bug問(wèn)題分析。

DLT與DET的關(guān)系如下所示：

車(chē)輛量產(chǎn)后的問(wèn)題，相比于DET，DLT更適合，這類(lèi)似于Linux等系統的日志系統，可以將程序運行的時(shí)時(shí)狀態(tài)記錄下來(lái)，以便于出現問(wèn)題時(shí)，確認問(wèn)題原因。本文所討論的UART調試系統類(lèi)似DLT，但是，相對于DLT，更輕量化，自由度也更大。

1、UART調試系統

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

（一）為什么要log系統？

如文章開(kāi)篇提到的問(wèn)題：車(chē)輛量產(chǎn)以后，出現bug問(wèn)題時(shí)，無(wú)法使用調試器進(jìn)行調試，同時(shí)，受限于DEM模塊記錄故障信息的能力，無(wú)法通過(guò)NVM存儲的有限數據確認車(chē)輛問(wèn)題時(shí)的運行工況，比如：網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)、某些模塊局部變量狀態(tài)等。如果能像飛機黑匣子一樣，將問(wèn)題車(chē)運行的日志記錄下來(lái)，通過(guò)DTC信息（快照數據、拓展數據）+日志信息即可最大程度的還原車(chē)輛故障時(shí)工況，進(jìn)而有效確認問(wèn)題原因。

（二）UART調試系統

在MCU上使用調試系統，需要構造一個(gè)類(lèi)似PC端的Printf接口，也就是重定向功能。利用MCU具有的外設，設計一個(gè)輸出系統，而UART是最常用的外設。關(guān)于UART調試系統，網(wǎng)上資源很多，本文不過(guò)多講解，文末給出一個(gè)源碼鏈接。

2、利用UART系統進(jìn)行MCU程序調試

本文分享的UART調試系統來(lái)自L(fǎng)wip，玩Lwip系統的同學(xué)應該比較熟悉。使用Lwip調試系統注意點(diǎn)：

（一）參數配置

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;}

使用調試系統時(shí)，需要使能Debug開(kāi)關(guān)，第一個(gè)參數需要設置狀態(tài)和層級，參數配置示意如下：

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）串口上位機輸出信息

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

如上的信息流就類(lèi)似黑匣子信息，可以根據開(kāi)發(fā)人員或者架構意圖，預埋一些關(guān)鍵信息，以便于后期的排查。

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

硬件：意味著(zhù)需要增加一個(gè)用于調試的串口UART，也可以使用其他外設，eg：Ethernet。log系統需要緩存信息，因此需要消耗一塊物理存儲空間，對于MCU這種內存資源有限的單片機，一般需要把信息傳遞給車(chē)機或者中控這類(lèi)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，之后通過(guò)對應總線(xiàn)將信息輸出給外部上位機，示意如下：

軟件：增加一個(gè)調試模塊，本身就需要增加對應的軟件，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負擔，如果調試信息過(guò)多，會(huì )進(jìn)一步加重CPU負擔。所以，這里就需要考慮增加多大的CPU開(kāi)銷(xiāo)是系統所能承受的。

2、Lwip UART調試系統源碼

本文源碼鏈接：

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