輸出調(diào)試信息是嵌入式開發(fā)中必不可少的調(diào)試?yán)?#xff0c;嵌入式開發(fā)的一個特點(diǎn)是很多時候沒有操作系統(tǒng)，或者沒有文件系統(tǒng)，常規(guī)的打印log到文件的方法基本不適用。

最常用的是通過串口輸出uart log，例如51單片機(jī)，只要實(shí)現(xiàn)串口驅(qū)動，通過串口輸出就可以了。

串口這種方法實(shí)現(xiàn)簡單，大部分嵌入式芯片都有串口功能。但是這樣簡單的功能有時候卻不是那么好用，比如：

• 一款新拿到的芯片，沒有串口驅(qū)動時如何打印log？

• 某些應(yīng)用下對時序要求比較高，串口輸出log占用時間太長怎么辦？比如usb枚舉。

• 某些bug正常運(yùn)行時會出現(xiàn)，當(dāng)打開串口log時又不再復(fù)現(xiàn)怎么辦？

• 一些封裝中沒有串口，或者串口已經(jīng)被用作其他用途，要如何輸出log？

本文介紹單片機(jī)沒有串口時，如何打印調(diào)試信息。

1 輸出log信息到SRAM

準(zhǔn)確來說這里并不是輸出log，而是以一種方式不使用串口就可以看到log。在芯片開發(fā)階段都可以連接仿真器調(diào)試，可以使用打斷點(diǎn)的方法調(diào)試，但是有些操作如果不能被打斷就沒法使用斷點(diǎn)調(diào)試了。這時候可以考慮將log打印到SRAM中，整個操作結(jié)束后再通過仿真器查看SRAM中的log buffer，這樣就實(shí)現(xiàn)了間接的log輸出。

本文使用的測試平臺是stm32f407 discovery，基于usb host實(shí)驗(yàn)代碼，對于其他嵌入式平臺原理也是通用的。

首先定義一個結(jié)構(gòu)體用于打印log，如下:

typedef struct {volatile u8 type;u8* buffer; /* log buffer指針*/volatile u32 write_idx; /* log寫入位置*/volatile u32 read_idx; /* log 讀取位置*/ }log_dev;

定義一段SRAM空間作為log buffer

static u8 log_buffer[LOG_MAX_LEN];

log buffer是環(huán)形緩沖區(qū)，在小的buffer就可以無限打印log，缺點(diǎn)也很明顯，如果log沒有及時輸出就會被新的覆蓋。Buffer大小根據(jù)SRAM大小分配，這里使用1kB。

為了方便輸出參數(shù)，使用printf函數(shù)來格式化輸出，需要做如下配置。

并包含頭文件#include <stdio.h>, 在代碼中實(shí)現(xiàn)函數(shù)fputc()。

//redirect fputc int fputc(int ch, FILE *f) {print_ch((u8)ch);return ch; }

寫入數(shù)據(jù)到Sram：

/*write log to bufffer or I/O*/ void print_ch(u8 ch) {log_dev_ptr->buffer[log_dev_ptr->write_idx++] = ch;if(log_dev_ptr->write_idx >= LOG_MAX_LEN){log_dev_ptr->write_idx = 0;} }

為了方便控制log打印格式，在頭文件中再添加自定義的打印函數(shù)：

#ifdef DEBUG_LOG_EN #define DEBUG(...) printf("usb_printer:"__VA_ARGS__) #else #define DEBUG(...) #endif

在需要打印log的地方直接調(diào)用DEBUG()即可，最終效果如下，從Memory窗口可以看到打印的log：

通過SWO輸出log

通過打印log到SRAM的方式可以看到log，但是數(shù)據(jù)量多的時候可能來不及查看就被覆蓋了。為了解決這個問題，可以使用St-link的SWO輸出log，這樣就不用擔(dān)心log被覆蓋。

在log結(jié)構(gòu)體中添加SWO的操作函數(shù)集：

typedef struct{u8 (*init)(void* arg);u8 (*print)(u8 ch);u8 (*print_dma)(u8* buffer, u32 len); }log_func;typedef struct {volatile u8 type;u8* buffer;volatile u32 write_idx;volatile u32 read_idx;//SWOlog_func* swo_log_func; }log_dev;

SWO只需要print操作函數(shù)，實(shí)現(xiàn)如下：

u8 swo_print_ch(u8 ch) {ITM_SendChar(ch);return 0; }

使用SWO輸出log同樣先輸出到log buffer，然后在系統(tǒng)空閑時再輸出，當(dāng)然也可以直接輸出。log延遲輸出會影響log的實(shí)時性，而直接輸出會影響到對時間敏感的代碼運(yùn)行，所以如何取舍取決于需要輸出log的情形。在while循環(huán)中調(diào)用output_ch()函數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)空閑時輸出log。

/*output log buffer to I/O*/ void output_ch(void) { u8 ch;volatile u32 tmp_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;}} }

1 通過IDE輸出

使用IDE中SWO輸出功能需要做如下配置（Keil）：

在窗口可以看到輸出的log：

2 通過STM32 ST-LINK Utility輸出

使用STM32 ST-LINK Utility不需要做特別的設(shè)置，直接打開ST-LINK菜單下的Printf via SWO viewer，然后按start：

通過串口輸出log

以上都是在串口log暫時無法使用，或者只是臨時用一下的方法，而適合長期使用的還是需要通過串口輸出log，畢竟大部分時候沒法連接仿真器。

添加串口輸出log只需要添加串口的操作函數(shù)集即可：

typedef struct {volatile u8 type;u8* buffer;volatile u32 write_idx;volatile u32 read_idx;volatile u32 dma_read_idx;//uartlog_func* uart_log_func;//SWOlog_func* swo_log_func; }log_dev;

實(shí)現(xiàn)串口驅(qū)動函數(shù)：

log_func uart_log_func = {uart_log_init,uart_print_ch,0, };

添加串口輸出log與通過SWO過程類似，不再多敘述。而下面要討論的問題是，串口的速率較低，輸出數(shù)據(jù)需要較長時間，嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行。雖然可以通過先打印到SRAM再延時輸出的辦法來減輕影響，但是如果系統(tǒng)中斷頻繁，或者需要做耗時運(yùn)算，則可能會丟失log。要解決這個問題，就是要解決CPU與輸出數(shù)據(jù)到串口同時進(jìn)行的問題，嵌入式工程師立馬可以想到DMA正是好的解決途徑。

使用DMA搬運(yùn)log數(shù)據(jù)到串口輸出，同時又不影響CPU運(yùn)行，這樣就可以解決輸出串口log耗時影響系統(tǒng)的問題:STM32串口收發(fā)數(shù)據(jù)為什么要使用DMA？串口及DMA初始化函數(shù)如下：

u8 uart_log_init(void* arg) {DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;u32* bound = (u32*)arg;//GPIO端口設(shè)置GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;USART_InitTypeDef USART_InitStructure;RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA時鐘RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);//使能USART2時鐘//串口2對應(yīng)引腳復(fù)用映射GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource2,GPIO_AF_USART2);//USART2端口配置GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//復(fù)用功能GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //速度50MHzGPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽復(fù)用輸出GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);//USART2初始化設(shè)置USART_InitStructure.USART_BaudRate = *bound;//波特率設(shè)置USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字長為8位數(shù)據(jù)格式USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一個停止位USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//無奇偶校驗(yàn)位USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//無硬件數(shù)據(jù)流控制USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx; //收發(fā)模式USART_Init(USART2, &USART_InitStructure); //初始化串口1 #ifdef LOG_UART_DMA_EN USART_DMACmd(USART2,USART_DMAReq_Tx,ENABLE); #endif USART_Cmd(USART2, ENABLE); //使能串口1 USART_ClearFlag(USART2, USART_FLAG_TC);while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TC) == RESET); #ifdef LOG_UART_DMA_ENRCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA1, ENABLE);//Config DMA channel, uart2 TX usb DMA1 Stream6 ChannelDMA_DeInit(DMA1_Stream6);DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_4;DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)(&USART2->DR);DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_MemoryToPeripheral;DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable; DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;DMA_Init(DMA1_Stream6, &DMA_InitStructure);RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA1, ENABLE); #endifreturn 0; }

DMA輸出到串口的函數(shù)如下：

u8 uart_print_dma(u8* buffer, u32 len) {if((DMA1_Stream6->CR & DMA_SxCR_EN) != RESET){//dma not readyreturn 1;}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);return 0; }

這里為了方便直接使用了查詢DMA狀態(tài)寄存器，有需要可以修改為DMA中斷方式，查Datasheet可以找到串口2使用DMA1 channel4的stream6：

最后在PC端串口助手可以看到log輸出：

使用DMA搬運(yùn)log buffer中數(shù)據(jù)到串口，同時CPU可以處理其他事情，這種方式對系統(tǒng)影響最小，并且輸出log及時，是實(shí)際使用中用的最多的方式。并且不僅可以用串口，其他可以用DMA操作的接口（如SPI、USB）都可以使用這種方法來打印log。

使用IO模擬串口輸出log

最后要討論的是在一些封裝中沒有串口，或者串口已經(jīng)被用作其他用途時如何輸出log，這時可以找一個空閑的普通IO，模擬UART協(xié)議輸出log到上位機(jī)的串口工具。

常用的UART協(xié)議如下：

只要在確定的時間在IO上輸出高低電平就可以模擬出波形，這個確定的時間就是串口波特率。

為了得到精確延時，這里使用TIM4定時器產(chǎn)生1us的延時。注意：定時器不能重復(fù)用，在測試工程中TIM2、3都被用了，如果重復(fù)用就錯亂了。

初始化函數(shù)如下：

u8 simu_log_init(void* arg) {TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStructure; u32* bound = (u32*)arg;//GPIO端口設(shè)置GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA時鐘GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //速度50MHzGPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽復(fù)用輸出GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);//Config TIMRCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE); //使能TIM4時鐘TIM_DeInit(TIM4);TIM_InitStructure.TIM_Prescaler = 1; //2分頻TIM_InitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM_InitStructure.TIM_Period = 41; //1us timerTIM_InitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_InitStructure);TIM_ClearFlag(TIM4, TIM_FLAG_Update);baud_delay = 1000000/(*bound); //根據(jù)波特率計(jì)算每個bit延時return 0; }

使用定時器的delay函數(shù)為：

void simu_delay(u32 us) {volatile u32 tmp_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); }

最后是模擬輸出函數(shù)，注意：輸出前必須要關(guān)閉中斷，一個byte輸出完再打開，否則會出現(xiàn)亂碼：

u8 simu_print_ch(u8 ch) {volatile u8 i=8;__asm("cpsid i");//start bitGPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);simu_delay(baud_delay);while(i--){if(ch & 0x01)GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);elseGPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);ch >>= 1;simu_delay(baud_delay);}//stop bitGPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);simu_delay(baud_delay);simu_delay(baud_delay);__asm("cpsie i");return 0; }

介紹了幾種開發(fā)中使用過的打印調(diào)試信息的方法，方法總是死的，關(guān)鍵在于能靈活使用；通過打印有效的調(diào)試信息，可以幫助解決開發(fā)及后期維護(hù)中遇到的問題，少走彎路。

如果是你在項(xiàng)目中，沒有串口線你會怎么調(diào)試呢？請?jiān)谠u論區(qū)說出你的想法。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的没有串口，如何打印单片机调试信息？的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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