嵌入式调试的焚决
- 引言
- 硬件排查
- 硬件排查表
- 软件调试
- 总结
引言
- 大部分人刚上手嵌入式时难免会遇到各种各样莫名其妙的bug，而怎么解决bug又成为一个问题，大部分人都是想到哪里就去调整到哪里，没有任何的明确方法，这样就会导致一个bug就会浪费大量的时间来解决，反而得不偿失了，接下就让我带你真正的走进嵌入式的调试
硬件排查
- 为什么要把硬件问题放在第一位，而不是先去排查bug的常发生地—软件呢？
- 因为在嵌入式开发里，很多“像软件 Bug 的问题”，其实最后都是硬件问题，如果硬件不通，任你怎么去修改软件都是徒劳，因此必须先确定硬件可用，再去排查软件
- 那怎么排查硬件问题最为高效，实用呢？答案是确定一个最小Demo，“最小 Demo”就是把系统缩减到只验证一个最基本功能的最简单程序。先看看硬件能不能跑通再把问题转移到软件上
硬件排查表
| GPIO / LED | 初始化一个 GPIO 输出，让 LED 以 500ms 周期翻转 | 验证主控是否正常运行、时钟是否基本正常、GPIO 配置是否有效 | 供电异常、时钟未起振、引脚接错、GPIO 复用错误、LED 极性理解错误 |
| 串口 UART 发送 | 初始化 UART，循环发送 "hello\\r\\n" | 验证串口基础发送链路是否正常 | TX/RX 接反、波特率错误、串口时钟未开、引脚复用错误、串口工具配置错误 |
| 串口 UART 接收 | 上位机发送固定字符串，单片机接收后原样回发 | 验证接收中断/DMA/轮询链路是否正常 | RX 引脚接错、中断未开、DMA 配置错、缓存区配置错误、协议层误判 |
| I2C 扫描 | 编写 I2C 扫描程序，扫描总线上的设备地址 | 验证 I2C 总线是否通、目标器件是否应答 | SDA/SCL 接反、上拉电阻缺失、时序不对、电平不匹配、器件未上电 |
| SPI 回环/设备通信 | 发送固定命令或读芯片 ID | 验证 SPI 时钟、片选、数据线是否正常 | CS 没拉对、CLK/MOSI/MISO 接错、模式 CPOL/CPHA 不匹配、器件未初始化 |
| 屏幕显示 | 初始化屏幕并全屏填充红/绿/蓝三色 | 验证 SPI/并口屏幕通信链路和初始化流程是否基本可用 | 供电异常、复位脚异常、背光未开、初始化命令错误、屏幕接口接错 |
| ADC 采样 | 周期性采样一个固定电压并通过串口打印数值 | 验证 ADC 通道配置和采样链路是否正常 | 通道选错、参考电压异常、输入悬空、采样时间不够、引脚复用错误 |
| PWM 输出 | 输出固定占空比 PWM，用示波器测量波形 | 验证定时器和 PWM 输出链路是否正常 | 定时器时钟未开、通道配置错误、引脚复用错误、频率计算错误 |
| 外部中断 EXTI | 按键触发中断，在中断中翻转 LED 或打印日志 | 验证输入引脚、中断配置、NVIC 配置是否正常 | 上拉/下拉错误、触发沿配置错误、中断线映射错误、抖动影响 |
| 定时器中断 | 配置定时器周期中断，在回调里翻转 LED | 验证定时器与中断系统是否正常 | 预分频/计数值设置错误、中断未使能、时钟源错误 |
| DMA 传输 | 使用 DMA 搬运一段固定数据，完成后置标志位 | 验证 DMA 控制器和数据搬运流程是否可用 | 通道映射错误、源/目标地址错误、长度设置错误、中断回调未开 |
| Flash 读写 | 写入固定测试数据，再读出校验 | 验证片内 Flash 擦写流程是否正常 | 地址越界、擦除粒度理解错误、写保护未解除、电源不稳 |
| 文件系统 / SD 卡 | 挂载文件系统，创建一个测试文件并写入字符串 | 验证存储设备和文件系统基础能力 | 接线问题、卡未格式化、驱动不匹配、供电不足、SPI/SDIO 配置错误 |
| 网络接口 | 仅初始化网络并 ping 通目标地址 | 验证网口/Wi-Fi 基础通信链路是否正常 | PHY 未通、IP 配置错误、网线问题、时钟/复位问题、驱动初始化失败 |
| 传感器模块 | 读取芯片 ID 或一个固定寄存器值 | 验证“主控—总线—外设”最基础的通信是否打通 | 接线错误、地址错误、芯片未上电、时序不匹配、器件损坏 |
软件调试
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在进行软件调试之前，我们必须确立调试的原则，即先复现现象 → 再缩小范围 → 再提出假设 → 再设计实验验证 → 最后定位根因，软件调试最忌讳靠猜，一次改很多地方，看到现象就直接下结论。
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首先我们需要控制变量，简化问题很多人调试失败，不是因为不会看代码，而是因为调试环境太复杂，Bug 根本不稳定。Bug 一会儿出现，一会儿消失，你做任何修改都没有参考意义，因此我们要尽量简化调试的环境，可按如下步骤
- 排除无关硬件。可以问自己为了复现这个 Bug，哪些硬件是必须存在的？那么就可以去掉那些没有必要的硬件来减少干扰
- 排除无关代码。尽可能的不跑整个应用，单独新建工程，只跑可能出现问题的代码
- 简单输入，观察输出。我们可以直接给人固定的数据，先看看程序能不能先跑起来，再逐渐增加复制度
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其次嵌入式调试有时候是反向排查的，因为有时候代码太复杂，正向进行思考难度很大，而此时更有效的方法则是最终错误现象倒推回去，看看需要哪些条件才会出现这种现象，这就是反向排查
- 以串口接收回调没进为例：我们可以这样思考
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回调为什么没进？
中断有没有触发？
中断使能有没有开？
外设是否真的收到数据？
RX 引脚是否有波形？
上位机是否真的发了数据？
- 接着我们可以设计一个实验。很多人调试时常常是改一点，然后烧进去，看看行不行，不行再继续乱改，这是十分低效而看运气的，真正有效的是，每次修改代码之前都知道你的目的是什么。可以按照下面的格式进行思考 我怀疑是 X 导致了问题。 如果我做 Y，那么应该观察到 Z。 如果出现 Z，说明假设成立；如果没有出现，说明假设不成立。
- 调试手段,在嵌入式学习中，我们不能仅仅只了解ST_Link中这种简单的调试工具，而应该学会用**Jlink，Trace，离线断点（同步异常）**等，这些工具能把程序运行时那些本来看不见的东西，变成我们能看见的信息，从而帮助我们更好的解决问题
总结
- 在嵌入式学习中遇到问题时，请不要不区分软件硬件，一上来就大改代码，而是有属于你自己的调试思路，在排查硬件问题之后再思考软件问题，先设计实验进而逐步验证，一步步有条不紊的进行，这样一切问题都会迎刃而解
