【RM2020 圆桌】第七期 嵌入式调试技巧分享

Hi~ 大家好

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。

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。

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。

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Show Dissassembly 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。

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-M3 Devices Generic User Guide》中4.3 System control block章节。

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

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。

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。