嵌入式开发输出调试信息的几种方法（常规法及非常规法）

嵌入式开发的一个特点是很多时候没有操作系统，或者没有文件系统，常规的打印log到文件的方法基本不适用。最常用的是通过串口输出uartlog，例如51单片机，只要实现串口驱动，然后通过串口输出就可以了。

这种方法实现简单，大部分嵌入式芯片都有串口功能。但是这样简单的功能有时候却不是那么好用，比如：

(1)一款新拿到的芯片，没有串口驱动时如何打印log

(2)某些应用下对时序要求比较高，串口输出log占用时间太长怎么办？比如usb枚举。

(3)某些bug正常运行时会出现，当打开串口log时又不再复现怎么办

(4)一些封装中没有串口，或者串口已经被用作其他用途，要如何输出log下面来讨论这些问题：

准确来说这里并不是输出log，而是以一种方式不使用串口就可以看到log。在芯片开发阶段都可以连接仿真器调试，可以使用打断点的方法调试，但是有些操作如果不能被打断就没法使用断点调试了。

这时候可以考虑将log打印到SRAM中，整个操作结束后再通过仿真器查看SRAM中的logbuffer，这样就实现了间接的log输出。

本文使用的测试平台是stm32f407discovery，基于usbhost实验代码，对于其他嵌入式平台原理也是通用的。首先定义一个结构体用于打印log，如下:

typedefstruct{volatileu8type;u8*buffer;/*logbuffer指针*/volatileu32write_idx;/*log写入位置*/volatileu32read_idx;/*log读取位置*/}log_dev;

定义一段SRAM空间作为logbuffer:

staticu8log_buffer[LOG_MAX_LEN];

logbuffer是环形缓冲区，在小的buffer就可以无限打印log，缺点也很明显，如果log没有及时输出就会被新的覆盖。Buffer大小根据SRAM大小分配，这里使用1kB。为了方便输出参数，使用printf函数来格式化输出，需要做如下配置（Keil）：

并包含头文件ifdefDEBUG_LOG_ENelseif

在需要打印log的地方直接调用DEBUG()即可，最终效果如下，从Memory窗口可以看到打印的log：

通过打印log到SRAM的方式可以看到log，但是数据量多的时候可能来不及查看就被覆盖了。为了解决这个问题，可以使用St-link的SWO输出log，这样就不用担心log被覆盖。查看原理图f407discovery的SWO已经连接了，否则需要自己飞线连接：

在log结构体中添加SWO的操作函数集：

typedefstruct{u8(*init)(void*arg);u8(*print)(u8ch);u8(*print_dma)(u8*buffer,u32len);}log_func;typedefstruct{volatileu8type;u8*buffer;volatileu32write_idx;volatileu32read_idx;//SWOlog_func*swo_log_func;}log_dev;

SWO只需要print操作函数，实现如下：

u8swo_print_ch(u8ch){ITM_SChar(ch);return0;}

使用SWO输出log同样先输出到logbuffer，然后在系统空闲时再输出，当然也可以直接输出。log延迟输出会影响log的实时性，而直接输出会影响到对时间敏感的代码运行，所以如何取舍取决于需要输出log的情形。

在while循环中调用output_ch()函数，就可以实现在系统空闲时输出log。

/*outputlogbuffertoI/O*/voidoutput_ch(void){u8ch;volatileu32tmp_write,tmp_read;tmp_write=log_dev_ptr-write_idx;tmp_read=log_dev_ptr-read_idx;if(tmp_write!=tmp_read){ch=log_dev_ptr-buffer[tmp_read++];//swoif(log_dev_ptr-swo_log_func)log_dev_ptr-swo_log_func-print(ch);if(tmp_read=LOG_MAX_LEN){log_dev_ptr-read_idx=0;}else{log_dev_ptr-read_idx=tmp_read;}}}

使用IDE中SWO输出功能需要做如下配置（Keil）：

在窗口可以看到输出的log：

使用STM32ST-LINKUtility不需要做特别的设置，直接打开ST-LINK菜单下的PrintfviaSWOviewer，然后按start：

以上都是在串口log暂时无法使用，或者只是临时用一下的方法，而适合长期使用的还是需要通过串口输出log，毕竟大部分时候没法连接仿真器。添加串口输出log只需要添加串口的操作函数集即可：

typedefstruct{volatileu8type;u8*buffer;volatileu32write_idx;volatileu32read_idx;volatileu32dma_read_idx;//uartlog_func*uart_log_func;//SWOlog_func*swo_log_func;}log_dev;

实现串口驱动函数：

log_funcuart_log_func={uart_log_init,uart_print_ch,0,};

添加串口输出log与通过SWO过程类似，不再多叙述。而下面要讨论的问题是，串口的速率较低，输出数据需要较长时间，严重影响系统运行。

虽然可以通过先打印到SRAM再延时输出的办法来减轻影响，但是如果系统中断频繁，或者需要做耗时运算，则可能会丢失log。要解决这个问题，就是要解决CPU与输出数据到串口同时进行的问题，嵌入式工程师立马可以想到DMA正是好的解决途径。

使用DMA搬运log数据到串口输出，同时又不影响CPU运行，这样就可以解决输出串口log耗时影响系统的问题。串口及DMA初始化函数如下：

u8uart_log_init(void*arg){DMA_InitTypeDefDMA_InitStructure;u32*bound=(u32*)arg;//GPIO端口设置GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;USART_InitTypeDefUSART_InitStructure;RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);//使能GPIOA时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);//使能USART2时钟//串口2对应引脚复用映射GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource2,GPIO_AF_USART2);//USART2端口配置GPIO__Pin=GPIO_Pin_2;GPIO__Mode=GPIO_Mode_AF;//复用功能GPIO__Speed=GPIO_Speed_50MHz;//速度50MHzGPIO__OType=GPIO_OType_PP;//推挽复用输出GPIO__PuPd=GPIO_PuPd_UP;//上拉GPIO_Init(GPIOA,GPIO_InitStructure);//USART2初始化设置USART__BaudRate=*bound;//波特率设置USART__WordLength=USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式USART__StopBits=USART_StopBits_1;//一个停止位USART__Parity=USART_Parity_No;//无奇偶校验位USART__HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制USART__Mode=USART_Mode_Tx;//收发模式USART_Init(USART2,USART_InitStructure);//初始化串口1ifUSART_Cmd(USART2,ENABLE);//使能串口1USART_ClearFlag(USART2,USART_FLAG_TC);while(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_TC)==RESET);ifreturn0;}

DMA输出到串口的函数如下：

u8uart_print_dma(u8*buffer,u32len){if((DMA1_Stream6-CRDMA_SxCR_EN)!=RESET){//dmanotreadyreturn1;}if(DMA_GetFlagStatus(DMA1_Stream6,DMA_IT_TCIF6)!=RESET){DMA_ClearFlag(DMA1_Stream6,DMA_FLAG_TCIF6);DMA_Cmd(DMA1_Stream6,DISABLE);}DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Stream6,len);DMA_MemoryTargetConfig(DMA1_Stream6,(u32)buffer,DMA_Memory_0);DMA_Cmd(DMA1_Stream6,ENABLE);return0;}

这里为了方便直接使用了查询DMA状态寄存器，有需要可以修改为DMA中断方式，查Datasheet可以找到串口2使用DMA1channel4的stream6：

最后在PC端串口助手可以看到log输出：

使用DMA搬运logbuffer中数据到串口，同时CPU可以处理其他事情，这种方式对系统影响最小，并且输出log及时，是实际使用中用的最多的方式。并且不仅可以用串口，其他可以用DMA操作的接口（如SPI、USB）都可以使用这种方法来打印log。

最后要讨论的是在一些封装中没有串口，或者串口已经被用作其他用途时如何输出log，这时可以找一个空闲的普通IO，模拟UART协议输出log到上位机的串口工具。常用的UART协议如下：

只要在确定的时间在IO上输出高低电平就可以模拟出波形，这个确定的时间就是串口波特率。为了得到精确延时，这里使用TIM4定时器产生1us的延时。注意：定时器不能重复用，在测试工程中TIM2、3都被用了，如果重复用就错乱了。初始化函数如下：

u8simu_log_init(void*arg){TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_InitStructure;u32*bound=(u32*)arg;//GPIO端口设置GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);//使能GPIOA时钟GPIO__Pin=GPIO_Pin_2;GPIO__Mode=GPIO_Mode_OUT;GPIO__Speed=GPIO_Speed_50MHz;//速度50MHzGPIO__OType=GPIO_OType_PP;//推挽复用输出GPIO__PuPd=GPIO_PuPd_UP;//上拉GPIO_Init(GPIOA,GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2);//ConfigTIMRCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);//使能TIM4时钟TIM_DeInit(TIM4);TIM__Prescaler=1;//2分频TIM__CounterMode=TIM_CounterMode_Up;TIM__Period=41;//1ustimerTIM__ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;TIM_TimeBaseInit(TIM4,TIM_InitStructure);TIM_ClearFlag(TIM4,TIM_FLAG_Update);baud_delay=1000000/(*bound);//根据波特率计算每个bit延时return0;}

使用定时器的delay函数为：

voidsimu_delay(u32us){volatileu32tmp_us=us;TIM_SetCounter(TIM4,0);TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);while(tmp_us--){while(TIM_GetFlagStatus(TIM4,TIM_FLAG_Update)==RESET);TIM_ClearFlag(TIM4,TIM_FLAG_Update);}TIM_Cmd(TIM4,DISABLE);}

最后是模拟输出函数，注意：输出前必须要关闭中断，一个byte输出完再打开，否则会出现乱码：

u8simu_print_ch(u8ch){volatileu8i=8;__asm("cpsidi");//startbitGPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2);simu_delay(baud_delay);while(i--){if(ch0x01)GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2);elseGPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2);ch=1;simu_delay(baud_delay);}//stopbitGPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2);simu_delay(baud_delay);simu_delay(baud_delay);__asm("cpsiei");return0;}

使用IO模拟可以达到与真实串口类似的效果，并且只需要一个普通IO，在小封装芯片上比较使用。

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