单片机调试方法浅析

胡薇 发表于 2018-07-05 16:02:38 收藏 已收藏
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单片机调试方法浅析

胡薇 发表于 2018-07-05 16:02:38

1. 利用I/O

1.1 利用LED进行可视化管理

这种方法需要有多余的I/O。(如果可能,也可以将实现次要功能的I/O暂时借来一用。)

其电路很简单,一个LED通过限流电阻接到VCC电源。I/O设置为输出方式。

我们可以用下面的宏来定义LED的操作。

#define LED_YELLOW_ON() PA6D=0

#define LED_YELLOW_OFF() PA6D=1

#define LED_YELLOW_FLASH() PA6D^=1

举个例子说明它的用法。在低功耗的产品设计中,我们一般采用“睡眠à醒来工作à睡眠à醒来工作”的工作模式,其程序结构如下:

while(1)

{

HLT = 1; //进入睡眠

nop();

clear_WDT(); //清看门狗

//醒来,处理各种事务

}

如果我们在程序醒来时点亮LED,事务处理完毕时熄灭LED,那么我们就能“看见”程序的工作状态,LED将周期性地闪烁。这就是我们称之为可视化管理的原因。(不记得在哪本书上看到“可视化管理”这个概念,我借用一下)

其软件结构是这样:

while(1)

{

HLT = 1; //进入睡眠

nop();

clear_WDT(); //清看门狗

LED_YELLOW_ON(); // debug

//醒来,处理各种事务

LED_YELLOW_OFF(); // debug

}

其实有些仿真器已经提供了这种监视程序睡眠状态的方法。如果没有提供,就可以用以上方法自行实现。

它的使用很灵活。比如可以用来在双时钟系统中监视快时钟的打开和关闭情况(慢时钟一般总是打开,因为要用作实时时钟的时钟源,而且慢时钟耗电很小)。你可以在打开快时钟时点亮LED,关闭快时钟时熄灭LED,这样一来快时钟的打开和关闭就一目了然了。

你也可以在某个中断中将LED的状态取反(使用LED_YELLOW_FLASH()),用来监视此中断的产生是否正常。虽然设置断点也可以知道中断是否产生,但会中断程序的执行,造成不便。

如果你想知道程序有没有执行到某个地方,你也可以将LED_YELLOW_FLASH()放到该位置。

依次类推,你可以用这个方法观察任何你想观察的事件。

当然你必须互斥地观察不同的事件。就是说,对于一个LED,在一次调试中,一般只能观察一个事件,否则你自己也弄不清LED的变化到底是代表发生哪一事件。

另外,你还可以同时使用两个或者更多不同颜色的LED来监视不同的事件,前提你有多余的I/O。

不中断程序的执行,又能看到程序的执行情况,应该说是一种很有效的调试程序的方法。相比开发工具所提供的单步、断点、观察变量等调试手段,这可以算是一种有效的补充。

1.2 利用示波器测试时间

利用上面的方法,再加一个示波器,就可以测量程序执行的时间了。(你可以自己决定接不接LED)。

比如,在初始化程序中,在打开总中断之前,写如下代码:

LED_YELLOW_ON();

nop();

LED_YELLOW_OFF();

使用示波器,在捕获模式下,你应该能捕获到一个脉冲,测试它的宽度,假如为30.5us。以OKI ML610Q431为例,一条nop指令包括1 cycles,1 cycles包括1 system clock。这里system clock等于振荡周期。(注意,不同的单片机对cycles, system clock的定义是不同的,需要参考各自的用户手册)。

那么我们可以这样计算振荡器的频率:1*1*(1/f)=30.5/1000000.

f=32786Hz

当然,如果示波器测量精度不够,可以多放几个nop指令,计算时再求平均。如果嫌示波器的捕获模式太麻烦,还可以采用循环结构,输出一串方波。比如:

while(1)

{

LED_YELLOW_ON();

nop();

LED_YELLOW_OFF();

nop();

clear_WDT(); //清看门狗

}

这种方法的使用也很灵活。你可以用来测试主循环的执行时间,调用某个函数所花的时间,以及某个中断处理的时间(不包括响应中断和退出中断的时间)等等。

当你发现某些时候主循环的执行时间特别长时,可以采用逐步缩小范围的方法来找出到底是哪个函数花费时间长,有没有可能将其优化。

下面是测试主循环执行时间的程序结构。

while(1)

{

HLT = 1; //进入睡眠

nop();

clear_WDT(); //清看门狗

LED_YELLOW_ON(); // debug

Fun1();

Fun2();

Fun3();

Fun4();

LED_YELLOW_OFF(); // debug

}

如果发现上面的执行时间异常(比如太长),你可以调整测试的位置,如下所示:

while(1)

{

HLT = 1; //进入睡眠

nop();

clear_WDT(); //清看门狗

Fun1();

LED_YELLOW_ON(); // debug

Fun2();

Fun3();

Fun4();

LED_YELLOW_OFF(); // debug

}

这样,你就可以确定执行时间过长是不是因为Fun1()引起。如果不是,则继续调整测试位置,逐个排除,直到找到真正费时的函数,对其进行分析,看看有没有可能优化。

当然,我们还可以用两个或更多I/O对多个事件进行逻辑分析,观察他们的先后顺序以及测试其时间间隔。这种方法也很有用,很灵活。在此不详述。

2. 利用LCD进行可视化管理

如果你的产品带LCD显示,又没有多余的IO可供调试,或者你只是想临时的调试某个功能,那么你可以临时使用LCD上的某个图标来指示某个事件。当某个事情发生时,显示该图标,否则清除该图标。

如果想在程序运行中获得更复杂、更丰富的信息,可以对不同的事件显示不同的数值。

3. 小结

不中断程序的执行,又能观察程序的执行情况,应该说是一种很有效的调试程序的方法。相比开发工具所提供的单步、断点、观察变量等调试手段,这可以算是一种有效的补充。实际上,这些调试方法很像PC应用开发的printf调试手段。它可以在不打断程序运行的情况下,借助于I/O,LED,示波器,数码管或LCD显示,给出各种各样的提示信息,帮助我们调试程序。

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