嵌入式究竟難在什么地方？學(xué)會(huì )調試手段是關(guān)鍵
發(fā)布人：xiaomaidashu
時(shí)間：2024-05-30
來(lái)源：工程師
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為什么很多人說(shuō)嵌入式開(kāi)發(fā)很難？
其實(shí)，嵌入式開(kāi)發(fā)的難度相對來(lái)說(shuō)不算大，只是嵌入式開(kāi)發(fā)會(huì )遇到各種各樣奇奇怪怪的問(wèn)題，問(wèn)題多了，很多人就覺(jué)得難。
如果把這些問(wèn)題一個(gè)一個(gè)拆解開(kāi)來(lái)看，其實(shí)都是小問(wèn)題。今天就來(lái)說(shuō)說(shuō)嵌入式開(kāi)發(fā)常見(jiàn)問(wèn)題解決方法。一、問(wèn)題復現
穩定復現問(wèn)題才能正確的對問(wèn)題進(jìn)行定位、解決以及驗證。一般來(lái)說(shuō)，越容易復現的問(wèn)題越容易解決。
縮小排查范圍，確認引入問(wèn)題的任務(wù)、函數、語(yǔ)句。
我們可以在陷入異常中斷時(shí)將棧上的內核寄存器值寫(xiě)入RAM的一段復位后保留默認值的區域內，執行復位操作后再從RAM將該信息讀出并分析，通過(guò)PC、LR確認當時(shí)執行的函數，通過(guò)R0-R3分析當時(shí)處理的變量是否異常，通過(guò)SP分析是否可能出現棧溢出等。結合問(wèn)題現象以及定位的問(wèn)題代碼位置分析造成問(wèn)題的原因。
此類(lèi)問(wèn)題通常需要結合map文件進(jìn)行分析，通過(guò)map文件觀(guān)察被篡改變量地址附近的數組，查看對該數組的寫(xiě)入操作是否存在如上圖所示不安全的代碼，將其修改為安全的代碼。2、棧溢出0x20001ff8g_val| 0x20002000 | 棧底 |
| ………… | ?？臻g |
| 0x20002200 | 棧頂 |
- 在設計階段應該合理分配內存資源，為棧設置合適的大??；
- 將函數內較大的臨時(shí)變量加”static”關(guān)鍵字轉化為靜態(tài)變量，或者使用malloc()動(dòng)態(tài)分配，將其放到堆上；
- 改變函數調用方式，降低調用層數。
判斷語(yǔ)句的條件容易把相等運算符“==”寫(xiě)成賦值運算符“=”導致被判斷的變量值被更改，該類(lèi)錯誤編譯期不會(huì )報錯且總是返回真。建議將要判斷的變量寫(xiě)到運算符的右邊，這樣錯寫(xiě)為賦值運算符時(shí)會(huì )在編譯期報錯。還可以使用一些靜態(tài)代碼檢查工具來(lái)發(fā)現此類(lèi)問(wèn)題。4、同步問(wèn)題例如操作隊列時(shí)，出隊操作執行的過(guò)程中發(fā)生中斷(任務(wù)切換)，并且在中斷(切換后的任務(wù))中執行入隊操作則可能破壞隊列結構，對于這類(lèi)情況應該操作時(shí)關(guān)中斷（使用互斥鎖同步）。5、優(yōu)化問(wèn)題
如上圖程序，本意是等待irq中斷之后不再執行foo()函數，但被編譯器優(yōu)化之后，實(shí)際運行過(guò)程中flg可能被裝入寄存器并且每次都判斷寄存器內的值而不重新從ram里讀取flg的值，導致即使irq中斷發(fā)生foo()也一直運行，此處需要在flg的申明前加“volatile”關(guān)鍵字，強制每次都從ram里獲取flg的值。3.1.1.2 硬件問(wèn)題1、芯片BUG芯片本身存在BUG，在某些特定情況下給單片機返回一個(gè)錯誤的值，需要程序對讀回的值進(jìn)行判斷，過(guò)濾異常值。2、通信時(shí)序錯誤
例如電源管理芯片Isl78600，假設現在兩片級聯(lián)，當同時(shí)讀取兩片的電壓采樣數據時(shí)，高端芯片會(huì )以固定周期通過(guò)菊花鏈將數據傳送到低端芯片，而低端芯片上只有一個(gè)緩存區.如果單片機不在規定時(shí)間內將低端芯片上的數據讀走那么新的數據到來(lái)時(shí)將會(huì )覆蓋當前數據，導致數據丟失。此類(lèi)問(wèn)題需要仔細分析芯片的數據手冊，嚴格滿(mǎn)足芯片通信的時(shí)序要求。3.1.2 動(dòng)作異常3.1.2.1 軟件問(wèn)題1、設計問(wèn)題設計中存在錯誤或者疏漏，需要重新評審設計文檔。2、實(shí)現與設計不符代碼的實(shí)現與設計文檔不相符需要增加單元測試覆蓋所有條件分支，進(jìn)行代碼交叉review。3、狀態(tài)變量異常例如記錄狀態(tài)機當前狀態(tài)的變量被篡改，分析該類(lèi)問(wèn)題的方法同前文數值異常部分。3.1.2.2 硬件問(wèn)題1、硬件失效目標IC失效，接收控制指令后不動(dòng)作，需要排查硬件。2、通信異常與目標IC通信錯誤，無(wú)法正確執行控制命令，需要使用示波器或邏輯分析儀去觀(guān)察通信時(shí)序，分析是否發(fā)出的信號不對或者受到外部干擾。3.2 程序崩潰3.2.1 停止運行3.2.1.1 軟件問(wèn)題- 在外設時(shí)鐘門(mén)未使能的情況下操作該外設的寄存器；
- 跳轉函數地址越界，通常發(fā)生在函數指針被篡改，排查方法同數值異常；
- 解引用指針時(shí)出現對齊問(wèn)題：
地址0x000000000x000000010x000000020x00000003| 變量名 | Val0 | Val1_low | Val1_high | Val2 |
| 值 | 0x12 | 0x56 | 0x34 | 0x78 |
1、看門(mén)狗復位
1、供電電壓不穩
2、電源帶載能力不足
四、回歸測試問(wèn)題解決后需要進(jìn)行回歸測試，一方面確認問(wèn)題是否不再復現，另一方面要確認修改不會(huì )引入其他問(wèn)題。
總結本次問(wèn)題產(chǎn)生的原因及解決問(wèn)題的方法，思考類(lèi)似問(wèn)題今后如何防范，對相同平臺產(chǎn)品是否值得借鑒，做到舉一反三，從失敗中吸取經(jīng)驗。
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