【RM2020 圆桌】第七期 嵌入式调试技巧分享
RoboMaster 高校赛务
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2020-04-09
【圆桌时间】：2020年4月10日（周五） 20:00-21:00
【圆桌主题】：嵌入式调试技巧分享
【圆桌嘉宾】：@Elecheart RM技术攻城狮
【主持人】：@RoboMaster赛务
【圆桌流程】：20:00-20:20 主题内容对话（主持人与嘉宾）
20:20-21:00 实时问答环节 （嘉宾与论坛网友）温馨提示：
在直播期间，大家可以直接移步至论坛活动版块 https://bbs.robomaster.com/forum-club-1.html，直播墙会自动实时更新内容。
主题内容对话：
主持人：
欢迎大家来到第七期圆桌，本期主题是嵌入式调试技巧分享。今天的圆桌流程会是分两个部分：1.主持人与嘉宾对话，共同分享攻城狮小哥的bug调试小技巧；2.自由提问环节~
让我们掌声欢迎本期嘉宾DJI嵌入式工程师@Elecheart！让他给大家打个招呼吧
嘉宾：
Hi~ 大家好
主持人：
那么就进入今天的第一个环节，对话环节~此环节大家如果有问题可以先提问，我们会在之后问答环节统一回答
那么首先，请攻城狮小哥给大家介绍一下本期圆桌背景内容吧
嘉宾：
大家使用的MCU基本是基于Cortex-M3和M4的内核，本期主要给大家分享Cortex-M3和M4内核MCU的调试技巧。
主持人：
好的，那么第一个问题来了。@Elecheart 大家在调试MCU时一般是否会遇到各种各样的问题，比如单片机运行着死机了，一般是什么原因呢？
嘉宾：
MCU死机基本上都是程序运行中触发了异常中断导致的，比如使用了空指针、野指针、访问越界之类的内存访问错误，或者是使用了未初始化的外设，再或者是非对齐访问等等。具体大家可以参阅《CM3与CM4权威指南》中的12.2 错误的原因章节。
主持人：
@Elecheart 那遇到这些问题要怎么解决呢？可以跟大家说一说吗
嘉宾：
这个可以从定位问题发生的位置来入手，当异常发生时，MCU内核会将R0~R3、R12、LR、PC、XPRS寄存器按顺序压入栈，其中LR寄存器为异常发生时将要执行的下一条地址。在Keil的调试界面中，我们可以通过以下两个方法找到它。
方法一：
打开Call Stack Window，选中最顶上的异常处理函数，右键Show Caller Code跳转到异常发生时的代码处。有的时候这种方法可能无法使用，大家可以使用另外一个方法。
打开Call Stack Window，选中最顶上的异常处理函数，右键Show Caller Code跳转到异常发生时的代码处。有的时候这种方法可能无法使用，大家可以使用另外一个方法。
方法二：
1.打开View -> Registers Window，找到SP，它的值为当前的栈顶地址。
2.打开Memory Window，在Address中输入栈顶地址显示栈的内容，按照压栈顺序其中21~24字节即为压入的LR，记下对应的值（注意大小端 “E1 E2 00 08” 在小端机器上表示为0x0800E2E1）。
3.在Dissassembly汇编窗口中单击右键，在弹出的菜单中选择ShowDissassembly at Address，将压入LR的值输入并点击Go To，就可以跳转到异常发生时的代码处。
1.打开View -> Registers Window，找到SP，它的值为当前的栈顶地址。
2.打开Memory Window，在Address中输入栈顶地址显示栈的内容，按照压栈顺序其中21~24字节即为压入的LR，记下对应的值（注意大小端 “E1 E2 00 08” 在小端机器上表示为0x0800E2E1）。
3.在Dissassembly汇编窗口中单击右键，在弹出的菜单中选择ShowDissassembly at Address，将压入LR的值输入并点击Go To，就可以跳转到异常发生时的代码处。
主持人：
回归正题，@Elecheart 那还有同学遇到这样的问题是：找到问题的发生位置，但是并不清楚问题的原因，还可以怎么做呢？
嘉宾：
我们可以通过查看系统控制块SCB中相关错误寄存器来判断，在Keil的调试模式中打开View -> System Viewer -> Core Peripherals -> Fault Reports查看。比如对指向超出RAM区域的指针进行操作，发现进入HardFault_Handler，这时发现总线错误状态寄存器BRSR中的BFARVALID位被置位，表示访问了一个无效的总线地址。在CM4的SCB中还有像CFSR、HFSR、BFAR、MMFAR这样的错误寄存器。作为扩展，大家可以阅读内核用户手册《Cortex-M4 Devices Generic User Guide》或《Cortex-M3Devices Generic User Guide》中4.3 System control block章节。
主持人：
@Elecheart 那MCU在给别人测试时出现很难复现问题，怎么在不复位的情况下接入调试工具进行调试？
嘉宾：
这种情况时很常见的，在实际测试时出现了问题，这时候却往往不在调试模式下，而接入调试器进行调试会进行复位，原来的问题现场就被破坏了。这时我们就需要使用Attch的调试方法进行调试，这种方法不会对MCU进行复位。在Keil中的操作方法给大家推荐一篇Keil的官方文档进行阅读：http://www.keil.com/support/docs/3697.htm
主持人：
@Elecheart 那还有经常在调试过程中，发现变量的值会被莫名奇妙的改变，该怎么寻找问题呢？
嘉宾：
这种情况一般是访问越界导致的，我们可以用访问断点来定位是在哪里被修改的。在变量的内存地址处定义访问写断点，这样在程序写入这个变量时就会停下程序供我们分析。
主持人：
@Elecheart 还收到一些同学反馈说，不想使用Keil全家桶，代码是使用C Make构建系统，该怎么进行调试呢？
嘉宾：
除了Keil以外也可以使用其他调试工具，比如OpenOCD+GDB，但是这个配置比较复杂，对新手可能并不友好。我在这里给使用J-Link调试器的同学推荐一款调试软件Ozone，这款软件是J-Link出品公司的官方免费软件。可以调试gcc和armcc编译出来的固件。armcc和gcc分别编译出axf和elf文件，包含了调试信息。在Ozone中载入这些文件就可以进行源码级调试，而且功能不弱于Keil。其中图标数据的显示比J-Scope更易于操作和直观，更适合于调试和整定参数。
主持人：
@Elecheart 那还有最后一个问题，可能也是很多人都想知道的秘诀！怎么样才能提升自己的调试能力？
嘉宾：
首先是熟能生巧，解决的BUG越多，经验也就越来越丰富，不仅能提升自己解决疑难杂症的能力，也能避免在编码的过程中写出BUG。第二个是多阅读资料，除了网上的教程和博客以外，也要多阅读官方的芯片和数据手册，这些资料是最准确和详实的。
实时问答：
1.（Ozone调试）Keil编译出的axf也可以吗？
答：可以的，其他编译器生成的固件只要携带有符合DWARF标准的调试信息，就可以使用Ozone进行调试
答：可以的，其他编译器生成的固件只要携带有符合DWARF标准的调试信息，就可以使用Ozone进行调试
2.在变量的内存地址处定义访问写断点，具体操作步骤是啥呢，有例子吗？
答：在Keil的调试界面下按住Ctrl + B打开断点窗口，在Expression中输入想要设置的全局变量或者地址，在Access中选中Write，点击Define就定义好了哦。局部变量因为是在栈上，地址不固定，所以是不可以的。关于Keil断点的更多信息，我建议大家阅读uVision User Guide手册中的Debugging -> Debug WIndwos and Dialogs -> Breakpoints Windows章节。手册在选项栏中的Help可以找到。
答：在Keil的调试界面下按住Ctrl + B打开断点窗口，在Expression中输入想要设置的全局变量或者地址，在Access中选中Write，点击Define就定义好了哦。局部变量因为是在栈上，地址不固定，所以是不可以的。关于Keil断点的更多信息，我建议大家阅读uVision User Guide手册中的Debugging -> Debug WIndwos and Dialogs -> Breakpoints Windows章节。手册在选项栏中的Help可以找到。
3.请问一下，关于局部变量无法仿真，有什么解决方法吗？如果想通过watch窗口观看的局部变量的值的话？
答：因为局部变量是存放在栈上的，所以局部变量的存放的地址位置每次重新进入函数是都不固定。推荐一个小技巧，定义一个全局变量，在退出函数时将局部变量复制到全局变量上，就可以间接观察了。
答：因为局部变量是存放在栈上的，所以局部变量的存放的地址位置每次重新进入函数是都不固定。推荐一个小技巧，定义一个全局变量，在退出函数时将局部变量复制到全局变量上，就可以间接观察了。
4.局部变量，如果想看到连续变化的情况呢？
答：和之前那位同学问的一样，将局部变量在函数内复制到全局变量中。
答：和之前那位同学问的一样，将局部变量在函数内复制到全局变量中。
5.像can spi iic总线等通信出现问题时如何排查问题比较快？
答：我喜欢的方法是自低向上从寄存器开始，有时候用的硬件中间层很复杂，对着自顶向下去排查反而效率低。直接拿着MCU的用户手册对着寄存器排查，确保配置相关的寄存器是正确的，在步进时多关注一些关键状态位的变化情况，比如中断标志位，错误标志位。保证寄存器这边能work了，上面的问题就好排查了。
答：我喜欢的方法是自低向上从寄存器开始，有时候用的硬件中间层很复杂，对着自顶向下去排查反而效率低。直接拿着MCU的用户手册对着寄存器排查，确保配置相关的寄存器是正确的，在步进时多关注一些关键状态位的变化情况，比如中断标志位，错误标志位。保证寄存器这边能work了，上面的问题就好排查了。
6.有没有什么办法可以通过直接改变仿真窗口watch里面的数值，然后就直接答：把程序里面的对应变量的数值也发生相应改变呢？我用的ST-link仿真的，每次发现系数不得，都得程重新退出仿真 然后下载程序 然后继续仿真 感觉这样很麻烦
答：程序是写在Flash里面的，虽然使用调试器通过memory窗口可以直接修改Flash中的指令，但是这样操作需要对汇编有很深的理解才行。建议你将系数定义在全局变量中，利用watch一次调好参，就不用反复下程序了。或者你可以使用IAP或者E2PROM实现参数修改后断电保存。
答：程序是写在Flash里面的，虽然使用调试器通过memory窗口可以直接修改Flash中的指令，但是这样操作需要对汇编有很深的理解才行。建议你将系数定义在全局变量中，利用watch一次调好参，就不用反复下程序了。或者你可以使用IAP或者E2PROM实现参数修改后断电保存。
7.问一下cube和hal会不会存在问题 开始学时学的标准库？网上有人说cube生成的代码问题很多而且代码构架已经固定了一直在用标准库。
答：我建议使用HAL或者LL库，ST公司已经对标准库停止维护了，新出的芯片也不再有标准库的支持。对比几年前，现在HAL和LL已经很完善了，而且HAL库这种硬件抽象层的思想是符合现在嵌入式设备的发展趋势的，使用HAL库+CubeMX比标准库开发更快更容易上手，追求性能可以使用LL库。
答：我建议使用HAL或者LL库，ST公司已经对标准库停止维护了，新出的芯片也不再有标准库的支持。对比几年前，现在HAL和LL已经很完善了，而且HAL库这种硬件抽象层的思想是符合现在嵌入式设备的发展趋势的，使用HAL库+CubeMX比标准库开发更快更容易上手，追求性能可以使用LL库。
8.小萌新能弱弱的问一下 帮助手册是在哪下载的吗？
答：如果你使用Keil且安装了对应芯片的DFP包，在Keil内直接可以找到手册，在软件界面上方选项栏中选择Help->OpenBooks Windows，打开的页面中包含Keil的使用手册，芯片数据手册和用户手册等等，非常详细。除此以外手册可以直接上对应公司的网站下载，比如STM32的手册可以在ST公司的官方网站上下载，关于CM内核的手册可以在ARM公司官方网站上下载。
答：如果你使用Keil且安装了对应芯片的DFP包，在Keil内直接可以找到手册，在软件界面上方选项栏中选择Help->OpenBooks Windows，打开的页面中包含Keil的使用手册，芯片数据手册和用户手册等等，非常详细。除此以外手册可以直接上对应公司的网站下载，比如STM32的手册可以在ST公司的官方网站上下载，关于CM内核的手册可以在ARM公司官方网站上下载。
9.对于调参软件，像J-scope这种，有什么办法可以在软件界面直接调参吗？
答：J-Scope这个软件功能太少，建议使用Ozone，这两个都是Segger公司出品的免费软件。Ozone使用Timeline + DataSampling可以像J-Scope一样查看曲线。而且附带类似于Keil的全套调试功能，可以代码断点，变量Watch
答：J-Scope这个软件功能太少，建议使用Ozone，这两个都是Segger公司出品的免费软件。Ozone使用Timeline + DataSampling可以像J-Scope一样查看曲线。而且附带类似于Keil的全套调试功能，可以代码断点，变量Watch
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