淺談單片機(jī)調(diào)試方法

1. 利用I/O
1.1 利用LED進(jìn)行可視化管理
這種方法需要有多余的I/O。（如果可能，也可以將實(shí)現(xiàn)次要功能的I/O暫時借來一用。）
其電路很簡單，一個LED通過限流電阻接到VCC電源。I/O設(shè)置為輸出方式。
我們可以用下面的宏來定義LED的操作。
#define LED_YELLOW_ON() PA6D=0
#define LED_YELLOW_OFF() PA6D=1
#define LED_YELLOW_FLASH() PA6D^=1
舉個例子說明它的用法。在低功耗的產(chǎn)品設(shè)計中，我們一般采用“睡眠?醒來工作?睡眠?醒來工作”的工作模式，其程序結(jié)構(gòu)如下：
while(1)
{
HLT = 1; //進(jìn)入睡眠
nop();
clear_WDT(); //清看門狗

//醒來，處理各種事務(wù)
}
如果我們在程序醒來時點(diǎn)亮LED，事務(wù)處理完畢時熄滅LED，那么我們就能“看見”程序的工作狀態(tài)，LED將周期性地閃爍。這就是我們稱之為可視化管理的原因。（不記得在哪本書上看到“可視化管理”這個概念，我借用一下）
其軟件結(jié)構(gòu)是這樣：
while(1)
{
HLT = 1; //進(jìn)入睡眠
nop();
clear_WDT(); //清看門狗

LED_YELLOW_ON(); // debug
//醒來，處理各種事務(wù)
LED_YELLOW_OFF(); // debug
}
其實(shí)有些仿真器已經(jīng)提供了這種監(jiān)視程序睡眠狀態(tài)的方法。如果沒有提供，就可以用以上方法自行實(shí)現(xiàn)。
它的使用很靈活。比如可以用來在雙時鐘系統(tǒng)中監(jiān)視快時鐘的打開和關(guān)閉情況（慢時鐘一般總是打開，因?yàn)橐米鲗?shí)時時鐘的時鐘源，而且慢時鐘耗電很小）。你可以在打開快時鐘時點(diǎn)亮LED,關(guān)閉快時鐘時熄滅LED,這樣一來快時鐘的打開和關(guān)閉就一目了然了。
你也可以在某個中斷中將LED的狀態(tài)取反(使用LED_YELLOW_FLASH())，用來監(jiān)視此中斷的產(chǎn)生是否正常。雖然設(shè)置斷點(diǎn)也可以知道中斷是否產(chǎn)生，但會中斷程序的執(zhí)行，造成不便。
如果你想知道程序有沒有執(zhí)行到某個地方，你也可以將LED_YELLOW_FLASH()放到該位置。
依次類推，你可以用這個方法觀察任何你想觀察的事件。
當(dāng)然你必須互斥地觀察不同的事件。就是說，對于一個LED，在一次調(diào)試中，一般只能觀察一個事件，否則你自己也弄不清LED的變化到底是代表發(fā)生哪一事件。
另外，你還可以同時使用兩個或者更多不同顏色的LED來監(jiān)視不同的事件，前提你有多余的I/O。
不中斷程序的執(zhí)行，又能看到程序的執(zhí)行情況，應(yīng)該說是一種很有效的調(diào)試程序的方法。相比開發(fā)工具所提供的單步、斷點(diǎn)、觀察變量等調(diào)試手段，這可以算是一種有效的補(bǔ)充。
1.2 利用示波器測試時間
利用上面的方法，再加一個示波器，就可以測量程序執(zhí)行的時間了。（你可以自己決定
接不接LED）。
比如，在初始化程序中，在打開總中斷之前，寫如下代碼：
LED_YELLOW_ON()；
nop();
LED_YELLOW_OFF();
使用示波器，在捕獲模式下，你應(yīng)該能捕獲到一個脈沖，測試它的寬度，假如為30.5us。以O(shè)KI ML610Q431為例，一條nop指令包括1 cycles，1 cycles包括1 system clock。這里system clock等于振蕩周期。（注意，不同的單片機(jī)對cycles, system clock的定義是不同的，需要參考各自的用戶手冊）。
那么我們可以這樣計算振蕩器的頻率：1*1*(1/f)=30.5/1000000.
f=32786Hz
當(dāng)然，如果示波器測量精度不夠，可以多放幾個nop指令，計算時再求平均。如果嫌示波器的捕獲模式太麻煩，還可以采用循環(huán)結(jié)構(gòu)，輸出一串方波。比如：
while(1)
{
LED_YELLOW_ON()；
nop();
LED_YELLOW_OFF();
nop();
clear_WDT(); //清看門狗
}
這種方法的使用也很靈活。你可以用來測試主循環(huán)的執(zhí)行時間，調(diào)用某個函數(shù)所花的時間，以及某個中斷處理的時間（不包括響應(yīng)中斷和退出中斷的時間）等等。
當(dāng)你發(fā)現(xiàn)某些時候主循環(huán)的執(zhí)行時間特別長時，可以采用逐步縮小范圍的方法來找出到底是哪個函數(shù)花費(fèi)時間長，有沒有可能將其優(yōu)化。
下面是測試主循環(huán)執(zhí)行時間的程序結(jié)構(gòu)。
while(1)
{
HLT = 1; //進(jìn)入睡眠
nop();
clear_WDT(); //清看門狗

LED_YELLOW_ON(); // debug
Fun1();
Fun2();
Fun3();
Fun4();
LED_YELLOW_OFF(); // debug
}
如果發(fā)現(xiàn)上面的執(zhí)行時間異常（比如太長），你可以調(diào)整測試的位置，如下所示：
while(1)
{
HLT = 1; //進(jìn)入睡眠
nop();
clear_WDT(); //清看門狗

Fun1();
LED_YELLOW_ON(); // debug
Fun2();
Fun3();
Fun4();
LED_YELLOW_OFF(); // debug
}
這樣，你就可以確定執(zhí)行時間過長是不是因?yàn)镕un1()引起。如果不是，則繼續(xù)調(diào)整測試位置，逐個排除，直到找到真正費(fèi)時的函數(shù)，對其進(jìn)行分析，看看有沒有可能優(yōu)化。
當(dāng)然，我們還可以用兩個或更多I/O對多個事件進(jìn)行邏輯分析，觀察他們的先后順序以及測試其時間間隔。這種方法也很有用，很靈活。在此不詳述。
2. 利用LCD進(jìn)行可視化管理
如果你的產(chǎn)品帶LCD顯示，又沒有多余的IO可供調(diào)試，或者你只是想臨時的調(diào)試某個
功能，那么你可以臨時使用LCD上的某個圖標(biāo)來指示某個事件。當(dāng)某個事情發(fā)生時，顯示該圖標(biāo)，否則清除該圖標(biāo)。
如果想在程序運(yùn)行中獲得更復(fù)雜、更豐富的信息，可以對不同的事件顯示不同的數(shù)值。
3. 小結(jié)
不中斷程序的執(zhí)行，又能觀察程序的執(zhí)行情況，應(yīng)該說是一種很有效的調(diào)試程序的方法。
相比開發(fā)工具所提供的單步、斷點(diǎn)、觀察變量等調(diào)試手段，這可以算是一種有效的補(bǔ)充。
實(shí)際上，這些調(diào)試方法很像PC應(yīng)用開發(fā)的printf調(diào)試手段。它可以在不打斷程序運(yùn)行
的情況下，借助于I/O，LED，示波器，數(shù)碼管或LCD顯示，給出各種各樣的提示信息，幫助我們調(diào)試程序。