工程師喜歡解決問(wèn)題，這是我們的工作，但是，嵌入式軟件工程師最大的問(wèn)題之一是我們制造了很多問(wèn)題，然后通過(guò)花費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)修復(fù)它們(調(diào)試！)。嵌入式軟件工程師花20–40%的時(shí)間進(jìn)行調(diào)試的公司非常常見(jiàn)！令人欣慰的是，嵌入式開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)可以做出很多潛在的改變來(lái)減少他們花費(fèi)在調(diào)試上的時(shí)間，并使其達(dá)到個(gè)位數(shù)的百分比。在本文中，我們將研究幾個(gè)減少調(diào)試時(shí)間的技巧。
技巧 1——擁抱測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)(TDD)
測(cè)試驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)是一種技術(shù)，它允許開(kāi)發(fā)人員增量地構(gòu)建他們的生產(chǎn)軟件，他們依靠測(cè)試來(lái)規(guī)定他們編寫的代碼。例如，TDD讓開(kāi)發(fā)人員首先編寫一個(gè)測(cè)試用例，讓它失敗，然后只編寫允許該測(cè)試用例通過(guò)的代碼。然后重復(fù)該過(guò)程。
傳統(tǒng)上，嵌入式軟件開(kāi)發(fā)人員會(huì)在測(cè)試之前編寫完整的代碼模塊。在幾周內(nèi)編寫成千上萬(wàn)行代碼是可能的。那么，到了測(cè)試的時(shí)候，如果不行的話問(wèn)題出在哪里呢？開(kāi)發(fā)人員必須費(fèi)力地回顧代碼，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在并修復(fù)它，這樣做所需的時(shí)間可能相當(dāng)長(zhǎng)。
另一方面，對(duì)于使用TDD的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，如果犯了錯(cuò)誤，在代碼中注入了bug，測(cè)試用例會(huì)立刻告訴嵌入式開(kāi)發(fā)者！因?yàn)樗麄兪窃隽康鼐帉懘a，所以他們更有可能確切地知道他們更改了什么，并且可以立即修復(fù)問(wèn)題。TDD可能看起來(lái)需要花更多的時(shí)間來(lái)實(shí)踐，但是它創(chuàng)建了一個(gè)可以在回歸測(cè)試中運(yùn)行的測(cè)試用例集合，以確保一切按預(yù)期運(yùn)行。TDD一舉兩得：減少調(diào)試時(shí)間和自動(dòng)化測(cè)試。
技巧2——盡可能遠(yuǎn)離目標(biāo)
當(dāng)一個(gè)項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)，幾乎每個(gè)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)人員的第一反應(yīng)都是拿到開(kāi)發(fā)板，開(kāi)始編寫嵌入式代碼。但是，在許多情況下，嵌入式代碼并不是我們產(chǎn)品中的區(qū)分器；這是應(yīng)用程序代碼。雖然許多應(yīng)用程序代碼最終需要與硬件交互，但許多模塊可以脫離目標(biāo)開(kāi)發(fā)，即在主機(jī)上開(kāi)發(fā)。
開(kāi)發(fā)偏離目標(biāo)的代碼為開(kāi)發(fā)人員提供了許多減少每個(gè)調(diào)試周期花費(fèi)時(shí)間的機(jī)會(huì)。例如，為了編寫和測(cè)試目標(biāo)微控制器的代碼，嵌入式開(kāi)發(fā)人員必須：
l 交叉編譯代碼
l 啟動(dòng)調(diào)試會(huì)話
l 通過(guò)SWD對(duì)器件進(jìn)行編程
l 在目標(biāo)上運(yùn)行代碼
l 通過(guò)在目標(biāo)上運(yùn)行代碼來(lái)驗(yàn)證代碼是否有效(還必須擁有所有底層代碼)。
如果代碼是在主機(jī)上開(kāi)發(fā)的，開(kāi)發(fā)人員必須為主機(jī)編譯它，然后使用單元測(cè)試工具、模擬器或自定義程序來(lái)運(yùn)行開(kāi)發(fā)中的代碼。如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，修復(fù)、重新編譯并再次運(yùn)行會(huì)快得多。在嵌入式目標(biāo)上，僅僅是對(duì)目標(biāo)編程就可能給每個(gè)周期增加幾十秒，更不用說(shuō)單步執(zhí)行代碼的誘惑了。
技巧3——掌握調(diào)試策略
人類已知的最低效的調(diào)試方法是單步調(diào)試代碼行。不要誤會(huì)，是有時(shí)間和地點(diǎn)的，但往往會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間。不幸的是，嵌入式開(kāi)發(fā)人員默認(rèn)使用斷點(diǎn)和單步調(diào)試。為了更好地調(diào)試，開(kāi)發(fā)人員需要掌握現(xiàn)代微控制器上可用的其他調(diào)試策略。
如今，至少有八種不同的調(diào)試技術(shù)可供開(kāi)發(fā)人員使用。從最簡(jiǎn)單到最復(fù)雜，這些技術(shù)包括：
監(jiān)視/表達(dá)式：為開(kāi)發(fā)人員提供檢查CPU和外圍寄存器的能力。它們通?？捎糜诒O(jiān)視變量、執(zhí)行計(jì)算或在更改時(shí)停止CPU。
斷點(diǎn)：為開(kāi)發(fā)人員提供在特定代碼行上停止CPU執(zhí)行的能力。高級(jí)斷點(diǎn)可用于設(shè)置條件語(yǔ)句。
printf：為嵌入式開(kāi)發(fā)人員提供將字符數(shù)據(jù)打印到映射的串行接口的能力。根據(jù)實(shí)現(xiàn)情況，這可能會(huì)或可能不會(huì)影響實(shí)時(shí)性能。
斷言：這些是用于在程序中的特定點(diǎn)驗(yàn)證假設(shè)的條件語(yǔ)句。斷言失敗通常會(huì)使CPU停止，并提供失敗斷言的文件和行位置。
統(tǒng)計(jì)分析：在應(yīng)用程序運(yùn)行的同時(shí)，對(duì)應(yīng)用程序中的各種寄存器進(jìn)行定期采樣。通常不會(huì)影響實(shí)時(shí)性能。例如，可能需要對(duì)程序計(jì)數(shù)器（PC）進(jìn)行采樣，以了解正在執(zhí)行的代碼模塊。
數(shù)據(jù)分析：對(duì)包含變量數(shù)據(jù)的各種內(nèi)存位置進(jìn)行定期采樣。當(dāng)與實(shí)時(shí)可視化工具一起使用時(shí)，數(shù)據(jù)分析可以很好地監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)、感興趣的變量變化等。
任務(wù)和數(shù)據(jù)跟蹤：為嵌入式開(kāi)發(fā)人員提供在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)用程序中跟蹤事件的能力。因此，開(kāi)發(fā)人員可以深入了解應(yīng)用程序性能、任務(wù)延遲、運(yùn)行時(shí)間等。
指令跟蹤：為開(kāi)發(fā)人員提供記錄處理器上執(zhí)行的每條指令的能力。這可用于了解測(cè)試期間的代碼覆蓋率、調(diào)試編譯器問(wèn)題等。
掌握所有這些技術(shù)并知道何時(shí)使用它們可以顯著減少缺陷進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)調(diào)試所花費(fèi)的時(shí)間。
結(jié)論
可能要花很多時(shí)間調(diào)試嵌入式軟件。有時(shí)候，調(diào)試時(shí)間就是無(wú)法避免；然而，在許多情況下，開(kāi)發(fā)人員可能會(huì)花費(fèi)比他們需要的更多的時(shí)間。我們已經(jīng)探索了幾個(gè)領(lǐng)域，你可以進(jìn)一步研究以減少你和你的嵌入式開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)花費(fèi)在調(diào)試上的時(shí)間。如果你花了20%以上的時(shí)間調(diào)試，本周花一個(gè)小時(shí)來(lái)確定你可以立即開(kāi)始做什么改變來(lái)控制你花在調(diào)試上的時(shí)間。
