如何充分利用各種類型的斷點

在面向高可靠性應用開發(fā)MCU程序的過程中，工程師通常會遇到設定斷點的問題，斷點的合理使用對于更好地編程和MCU使用是一種挑戰(zhàn)。借助新的工具，這些斷點就可以發(fā)揮巨大的作用，成為開發(fā)工作中的利器。

斷點的概念非常簡單，因為它的作用是在指定指令之前中斷程序的執(zhí)行。實現(xiàn)方式可以是硬件或軟件。然而，簡單并不意味著它不能被用于復雜的調(diào)試組合中，以達到用簡單的方式解決BUG的目的。事實上，軟件開發(fā)者在調(diào)試時離不開斷點，但如何最好地利用斷點呢？

要更好地使用各種斷點，開發(fā)人員不能僅靠經(jīng)驗或者直覺，需要借助一些先進的開發(fā)工具來完成，它們可以幫助開發(fā)人員去了解不同斷點的特點和價值。例如，在IAR Embedded Workbench工具中，開發(fā)人員可以使用以下斷點：

●   代碼斷點

●   條件代碼斷點

●   具有讀寫訪問的數(shù)據(jù)斷點

●   數(shù)據(jù)日志斷點

●   日志斷點

●   功率斷點

●   Trace開始和停止斷點

本文將指導開發(fā)人員如何利用每一個可用的斷點來更快地調(diào)試程序。

代碼斷點

代碼斷點是最簡單的斷點。開發(fā)人員只需要選擇C代碼或者反匯編窗口中的ASM指令并設置斷點即可。一旦斷點被觸發(fā)，程序就會暫停。此時，開發(fā)人員就可以檢查變量、標志和寄存器的值。換句話說，開發(fā)人員現(xiàn)在擁有了完全控制權限。

代碼斷點的數(shù)量受限于MCU硬件斷點的數(shù)量，但如果代碼在RUM中運行，開發(fā)人員利用軟件斷點，軟件斷點的數(shù)量則可以是無限的。即使數(shù)量有限，例如對于Arm Cortex-M，有6到8個斷點，但開發(fā)人員也可以保存斷點位置并在需要時禁用和啟用斷點。只需要選擇顯示View ->Breakpoints window，就可以選中/清除方框，也就是啟用或禁用斷點。

在這種情況下，可以有6到8個以上的斷點，但不能同時都激活。

默認情況下，IDE會設置代碼斷點。如果開發(fā)人員有一個I-jet仿真器，就可以在右鍵點擊代碼行時明確地選擇一個flash斷點。如果開發(fā)人員已經(jīng)用完了現(xiàn)有全部硬件斷點，這招會很有用。注意斷點符號中的“F”說明改斷點是Flash斷點。IAR Embedded Workbench for Arm的7.60或更高版本中提供flash斷點功能。

條件代碼斷點

條件斷點是代碼斷點與一些標志或變量（作為條件）的組合。設置好斷點后，開發(fā)人員可以再次使用View ->Breakpoints window來查看所有斷點，也可以通過右鍵點擊并選擇Edit option來設置額外參數(shù)。

使用的語法類似于C語言的語法，包括==、>=和<=。例如，如果想讓應用在計數(shù)器等于10的時候停止在斷點，則可以使用“counter==10”。

當需要在一個中斷例程內(nèi)設置斷點時，這非常有用。如果沒有條件，就不可能調(diào)試應用，因為程序?qū)⒁恢蓖Ｖ?。使用標志或變量作為條件可以簡化操作。此外，還可以進一步使用跳過計數(shù)器和條件檢查，如true或changed。

具有讀寫訪問的數(shù)據(jù)斷點

相比其他斷點，數(shù)據(jù)斷點有些不同，因為它們監(jiān)測對特定內(nèi)存地址、標志、變量或寄存器的讀寫訪問。數(shù)據(jù)斷點使用非常直截了當只需右鍵點擊標志或變量，然后選擇選項Set data Breakpoint即可。默認情況下，讀和寫的訪問將被監(jiān)測。如果開發(fā)人員想增加額外的設置，可以通過View->Breakpoints window和Edit option來完成。除了訪問之外，還可以監(jiān)測數(shù)據(jù)是否匹配。這意味著只有當數(shù)據(jù)匹配時，寫或讀的訪問才會觸發(fā)停止。選擇“Edit”按鈕，可以打開一個額外的窗口，可以選擇絕對地址甚至是源代碼行。如果是一個變量或標志，建議使用自動大小。如果需要監(jiān)測更大的范圍，應手動設置所需的大小。

數(shù)據(jù)斷點對于調(diào)試被應用破壞的標志和變量非常有用。一旦出現(xiàn)了讀寫訪問，應用就會停止。另一種用法是堆棧溢出調(diào)查，只需要在堆棧大小的80-90%處設置一個數(shù)據(jù)斷點，當溢出接近時，就可以停止應用，并一步步找到問題的根源。

數(shù)據(jù)日志斷點

除了可監(jiān)測讀寫訪問的數(shù)據(jù)斷點外，開發(fā)人員還可以使用數(shù)據(jù)日志斷點。使用這些斷點的目的是監(jiān)測并以圖形方式繪制特定變量或內(nèi)存地址的值跟隨時間的變化，這就能更輕松地比較多個變量，觀察中斷觸發(fā)的情況。

仿真器選項提供了時間軸、附加數(shù)據(jù)日志和數(shù)據(jù)日志總結(jié)，如下圖所示。

日志斷點

除了代碼斷點和數(shù)據(jù)斷點之外，開發(fā)人員還可以使用日志斷點。這是一個特殊的斷點，因為它只會暫時停止應用來打印一條信息。只有當斷點被觸發(fā)時，它才會顯示選定的信息。

每當斷點被觸發(fā)，一條信息就會顯示在調(diào)試日志窗口中。配合計數(shù)器，我們就可以知道應用源代碼的特定部分運行了多少次。

功率斷點

得益于IAR Embedded Workbench的功率調(diào)試技術，開發(fā)人員可以監(jiān)控能耗并將其與源代碼聯(lián)系起來。這使得了解整個應用的能耗成為可能。這個概念也使得添加功率斷點成為可能?？梢栽O置一個閾值，比如25mA，一旦能耗超過這個值，調(diào)試器就會中斷。

設置閾值的操作非常簡單。只需要打開I-jet -> PowerLog window，然后設置數(shù)值和對應的操作。

這個功能很有用，可以保證不出現(xiàn)任何耗電浪涌或高于指定值的情況，而且通過這種分析，電池的使用壽命也會延長，開發(fā)人員可以放心讓其應用長時間運行。雖然時間軸窗口不是必須的，但它能提供實時的能耗信息。

Trace開始和停止斷點

最后要介紹的是Trace開始和停止斷點。如果開發(fā)人員使用先進的仿真器，比如I-jet Trace for Arm Cortex-M或I-jet Trace for Cortex-A/R/M，就可以利用這些斷點。這在分析應用特定部分時特別有用。Trace開始和Trace停止斷點簡單易用，只需在代碼行中右鍵點擊并決定跟蹤的開始和結(jié)束位置即可。Trace緩沖區(qū)將只保存應用中指定代碼行之間的指令。

另外，開發(fā)人員也可以從時間軸上的Trace指令中得到函數(shù)調(diào)用的圖形概覽，這些函數(shù)調(diào)用信息是在Trace開始和停止斷點之間捕獲的。

雖然I-jet Trace仿真器比標準JTAG/SWD仿真器更強大，但有時如果記錄包含所有正常信息時，Trace調(diào)試變得很麻煩。為了避免收集數(shù)以百萬計的非必要指令，使Trace調(diào)試變得簡單明了，IAR Embedded Workbench提供了Trace開始和停止斷點的功能。