MCU開發利器：調試系統之UART

搞MCU軟件開發的同學，對于調試，并不陌生。開發階段，大家使用最多的調試手段：在調試器（eg:lauterbach）中，設置斷點（Breakpoint），通過程序進入斷點的方式確認問題。但是，此方式畢竟有其局限性，eg：

1. 非開發人員（eg:測試人員）不能或者沒有條件通過此方式進行程序調試；

2. 車輛量產后，出現bug時，無法連接調試器，不能獲取問題發生時的車輛工況信息

3. ......

所以，談到解決bug，我們就需要思考不同階段的不同調試策略。本文聚焦UART（universal asynchronous receiver transmitter，通用異步收發器）調試系統。

關于調試（Debug），在Autosar規范中，也給出了多個調試模塊，比如：

• DET（Default ErrorTracer）系統，此模塊側重檢查BSW（Basic Software）模塊開發和運行時的錯誤，并不能將錯誤信息以緩存的方式輸出。

• DLT（Diagnostic Log and Trace）系統，此模塊可以將SW-Cs、BSW、RTE、Det以及Dem記錄的信息，以Message的形式通過外部接口輸出，如此，即可利用外部的上位機監控程序的運行狀態，或者將MCU運行的時時狀態存儲下來，以便后續bug問題分析。

DLT與DET的關系如下所示：

車輛量產后的問題，相比于DET，DLT更適合，這類似于Linux等系統的日志系統，可以將程序運行的時時狀態記錄下來，以便于出現問題時，確認問題原因。本文所討論的UART調試系統類似DLT，但是，相對于DLT，更輕量化，自由度也更大。

1、UART調試系統

UART調試系統，故名思意，就是利用串口功能，將log信息輸出給上位機，示意如下所示：

（一）為什么要log系統？

如文章開篇提到的問題：車輛量產以后，出現bug問題時，無法使用調試器進行調試，同時，受限于DEM模塊記錄故障信息的能力，無法通過NVM存儲的有限數據確認車輛問題時的運行工況，比如：網絡狀態、某些模塊局部變量狀態等。如果能像飛機黑匣子一樣，將問題車運行的日志記錄下來，通過DTC信息（快照數據、拓展數據）+日志信息即可最大程度的還原車輛故障時工況，進而有效確認問題原因。

（二）UART調試系統

在MCU上使用調試系統，需要構造一個類似PC端的Printf接口，也就是重定向功能。利用MCU具有的外設，設計一個輸出系統，而UART是最常用的外設。關于UART調試系統，網上資源很多，本文不過多講解，文末給出一個源碼鏈接。

2、利用UART系統進行MCU程序調試

本文分享的UART調試系統來自Lwip，玩Lwip系統的同學應該比較熟悉。使用Lwip調試系統注意點：

（一）參數配置

在debug.h文件中，定義了一個宏：LWIP_DEBUGF，此宏引用了Ifx_Lwip_printf接口，如下所示：

而Ifx_Lwip_printf接口封裝了串口發送接口（sendUARTMessage），如下所示：

s8_tIfx_Lwip_printf(constchar*format, ...){#ifdef__LWIP_DEBUG__charstr[MAXCHARS + 4];s8_tresult = ERR_CONN;

va_list args;va_start(args, format);vsnprintf(str, MAXCHARS, format, args);va_end(args);{Ifx_SizeT cnt = 0;while(str[cnt]!=0)cnt++;sendUARTMessage(str, cnt);sendUARTMessage("rn", 2);}#endifreturnresult;}

使用調試系統時，需要使能Debug開關，第一個參數需要設置狀態和層級，參數配置示意如下：

TCP_OUTPUT_DEBUG | LWIP_DBG_STATE | LWIP_DBG_LEVEL_SEVERE。如下所示：

TCP_DEBUG使能需要在opt.h文件中配置，如下所示：

/*** TCP_INPUT_DEBUG:Enable debugging in tcp_in.c for incoming debug.*/#if!defined TCP_INPUT_DEBUG || defined __DOXYGEN__#defineTCP_INPUT_DEBUG LWIP_DBG_ON#endif

（二）串口上位機輸出信息

在程序任意需要輸出信息的位置，添加LWIP_DEBUGF語句，輸出的調試信息如下所示:

如上的信息流就類似黑匣子信息，可以根據開發人員或者架構意圖，預埋一些關鍵信息，以便于后期的排查。

當然，凡是有利有弊，雖然這樣的調試系統，可以很方便的增加調試信息，對開發人員友好（個人很喜歡這樣的調試系統），但是，增加這樣的調試系統需要消耗軟/硬件資源。

硬件：意味著需要增加一個用于調試的串口UART，也可以使用其他外設，eg：Ethernet。log系統需要緩存信息，因此需要消耗一塊物理存儲空間，對于MCU這種內存資源有限的單片機，一般需要把信息傳遞給車機或者中控這類資源豐富的控制器。舉例：MCU將log信息傳遞給HUD（Head Up Display，抬頭顯示器），log信息由HUD存儲，之后通過對應總線將信息輸出給外部上位機，示意如下：

軟件：增加一個調試模塊，本身就需要增加對應的軟件，消耗部分資源。同時，由于軟件模塊的增加，也會增加部分CPU負擔，如果調試信息過多，會進一步加重CPU負擔。所以，這里就需要考慮增加多大的CPU開銷是系統所能承受的。

2、Lwip UART調試系統源碼

本文源碼鏈接：

https://github.com/Kaixinguo2021/TC397_Tasking_UART_Logging.git