正文：《論語》有云：“工欲善其事，必先利其器”。輸出調(diào)試信息是軟件開發(fā)中必不可少的調(diào)試?yán)?，在出現(xiàn)bug時(shí)如果沒有調(diào)試信息將會(huì)是一件令人頭痛的事。本文主要介紹在嵌入式開發(fā)中用來輸出log的方法，這些方法都是在實(shí)際開發(fā)過程中使用過的。

嵌入式開發(fā)的一個(gè)特點(diǎn)是很多時(shí)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(dòng)，然后通過串口輸出就可以了。這種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，大部分嵌入式芯片都有串口功能。但是這樣簡(jiǎn)單的功能有時(shí)候卻不是那么好用，比如：

（1） 一款新拿到的芯片，沒有串口驅(qū)動(dòng)時(shí)如何打印log

（2） 某些應(yīng)用下對(duì)時(shí)序要求比較高，串口輸出log占用時(shí)間太長(zhǎng)怎么辦？比如usb枚舉。

（3） 某些bug正常運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)，當(dāng)打開串口log時(shí)又不再?gòu)?fù)現(xiàn)怎么辦

（4） 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 下面來討論這些問題：

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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(shí)候可以考慮將log打印到SRAM中，整個(gè)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(cè)試平臺(tái)是stm32f407 discovery，基于usb host實(shí)驗(yàn)代碼，對(duì)于其他嵌入式平臺(tái)原理也是通用的。首先定義一個(gè)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(shí)輸出就會(huì)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（Keil）：

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：

2

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(shí)候可能來不及查看就被覆蓋了。為了解決這個(gè)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。查看原理圖f407 discovery的SWO已經(jīng)連接了，否則需要自己飛線連接：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; //SWO log_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(shí)再輸出，當(dāng)然也可以直接輸出。log延遲輸出會(huì)影響log的實(shí)時(shí)性，而直接輸出會(huì)影響到對(duì)時(shí)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(shí)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++］;

//swo

if（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;

}

}

}

2.1 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：

2.2 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：

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通過串口輸出log

以上都是在串口log暫時(shí)無法使用，或者只是臨時(shí)用一下的方法，而適合長(zhǎng)期使用的還是需要通過串口輸出log，畢竟大部分時(shí)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; //uart log_func* uart_log_func; //SWO log_func* swo_log_func; }log_dev;

實(shí)現(xiàn)串口驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)時(shí)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(shí)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(shí)運(yùn)算，則可能會(huì)丟失log。要解決這個(gè)問題，就是要解決CPU與輸出數(shù)據(jù)到串口同時(shí)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(shí)又不影響CPU運(yùn)行，這樣就可以解決輸出串口log耗時(shí)影響系統(tǒng)的問題。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(shí)鐘

RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_USART2，ENABLE）;//使能USART2時(shí)鐘 //串口2對(duì)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50MHz

GPIO_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(zhǎng)為8位數(shù)據(jù)格式 USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一個(gè)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_EN RCC_AHB1PeriphClockCmd（RCC_AHB1Periph_DMA1， ENABLE）; //Config DMA channel， uart2 TX usb DMA1 Stream6 Channel DMA_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）; #endif return 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 ready

return 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(shí)CPU可以處理其他事情，這種方式對(duì)系統(tǒng)影響最小，并且輸出log及時(shí)，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。

4

使用IO口模擬串口輸出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(shí)如何輸出log，這時(shí)可以找一個(gè)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(shí)間在IO上輸出高低電平就可以模擬出波形，這個(gè)確定的時(shí)間就是串口波特率。為了得到精確延時(shí)，這里使用TIM4定時(shí)器產(chǎn)生1us的延時(shí)。注意：定時(shí)器不能重復(fù)用，在測(cè)試工程中TIM2、3都被用了，如果重復(fù)用就錯(cuò)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(shí)鐘

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //速度50MHz GPIO_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 TIM RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM4，ENABLE）; //使能TIM4時(shí)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 timer

TIM_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(gè)bit延時(shí) return 0; }

使用定時(shí)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(gè)byte輸出完再打開，否則會(huì)出現(xiàn)亂碼：

u8 simu_print_ch（u8 ch） { volatile u8 i=8; __asm（“cpsid i”）; //start bit GPIO_ResetBits（GPIOA， GPIO_Pin_2）; simu_delay（baud_delay）;

while（i--） { if（ch & 0x01） GPIO_SetBits（GPIOA， GPIO_Pin_2）;

else GPIO_ResetBits（GPIOA， GPIO_Pin_2）; ch 》》= 1; simu_delay（baud_delay）; } //stop bit GPIO_SetBits（GPIOA， GPIO_Pin_2）; simu_delay（baud_delay）;

simu_delay（baud_delay）; __asm（“cpsie i”）; return 0; }

使用IO模擬可以達(dá)到與真實(shí)串口類似的效果，并且只需要一個(gè)普通IO，在小封裝芯片上比較使用。

5

總結(jié)

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。

責(zé)任編輯：haq