嵌入式減少調(diào)試時間的3個技巧

　　工程師喜歡解決問題。這就是我們所做的。不幸的是，嵌入式軟件工程師最大的問題之一是我們制造了很多問題，然后通過花費大量時間來修復(fù)它們（調(diào)試?。┦棺约撼蔀橛⑿邸?a target="_blank">嵌入式軟件工程師花費 20% 到 40% 的時間進(jìn)行調(diào)試的公司很常見！值得慶幸的是，團(tuán)隊可以做出很多潛在的改變來減少他們花費在調(diào)試上的時間，并將其降低到個位數(shù)的百分比。在本文中，我們將研究幾個減少調(diào)試時間的技巧。

　　提示 #1 – 擁抱測試驅(qū)動開發(fā) （TDD）

　　測試驅(qū)動開發(fā)是一種允許開發(fā)人員增量構(gòu)建他們的生產(chǎn)軟件的技術(shù)，他們依靠測試來指示他們編寫的代碼。例如，TDD 讓開發(fā)人員首先編寫一個測試用例，使其失敗，然后只編寫允許該測試用例通過的代碼。然后重復(fù)該過程。

　　傳統(tǒng)上，嵌入式軟件開發(fā)人員會在測試之前編寫整個代碼模塊。在幾周內(nèi)編寫數(shù)千行代碼是可能的。那么，到了測試它的時候，如果它不起作用，問題在哪里呢？只有天知道！開發(fā)人員必須煞費苦心地回顧代碼并發(fā)現(xiàn)問題所在并修復(fù)它。執(zhí)行此操作所需的時間可能相當(dāng)可觀。

　　另一方面，對于使用 TDD 的開發(fā)者來說，如果出現(xiàn)錯誤并在代碼中注入了 bug，測試用例會立即告訴開發(fā)者！由于他們正在逐步編寫代碼，因此他們更有可能確切地知道他們所做的更改并可以立即解決問題。TDD 似乎需要更多時間來練習(xí)，但它創(chuàng)建了一組可以在回歸測試中運行的測試用例，以確保一切都按預(yù)期工作。TDD 一石二鳥：減少調(diào)試時間和自動化測試。

　　提示 #2 – 盡可能多地開發(fā)脫靶

　　當(dāng)一個項目開始時，幾乎每個嵌入式軟件開發(fā)人員的第一反應(yīng)就是獲得一塊開發(fā)板并開始編寫嵌入式代碼。不幸的是，在許多情況下，嵌入式代碼并不是我們產(chǎn)品的差異化因素。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，但許多模塊可以脫靶開發(fā)，即在主機(jī)上。

　　開發(fā)脫靶代碼為開發(fā)人員提供了許多減少每個調(diào)試周期所花費時間的機(jī)會。例如，通常，要為目標(biāo)微控制器編寫和測試代碼，開發(fā)人員必須：

• 　　交叉編譯代碼
• 　　啟動調(diào)試會話
• 　　通過 SWD 對設(shè)備進(jìn)行編程
• 　　在目標(biāo)上運行代碼

　　通過在目標(biāo)上運行代碼來驗證代碼是否正常工作（還必須具有所有低級代碼）。

　　如果代碼是在主機(jī)上開發(fā)的，開發(fā)人員必須為主機(jī)編譯它，然后使用單元測試工具、仿真器或自定義程序來運行正在開發(fā)的代碼。如果發(fā)現(xiàn)問題，修復(fù)、重新編譯并重新開始會更快。在嵌入式目標(biāo)上，僅對目標(biāo)進(jìn)行編程就會使每個周期增加幾十秒，更不用說單步執(zhí)行代碼的誘惑了。

　　脫靶開發(fā)/調(diào)試可能會產(chǎn)生特定的錯誤。但是，我現(xiàn)在編寫了大約 75% 的代碼偏離目標(biāo)，并且發(fā)現(xiàn)我的速度更快、效率更高。我可以快速強(qiáng)制代碼中的問題，確定原因，修復(fù)它，然后繼續(xù)前進(jìn)，而不是通過嵌入式目標(biāo)跟蹤問題。當(dāng)然，有些事情會出現(xiàn)在目標(biāo)上，而不會出現(xiàn)在主機(jī)上。

　　提示 #3 – 掌握調(diào)試策略

　　人類已知的效率最低的調(diào)試方法是單步調(diào)試代碼行。不要誤會我的意思，有時間和地點，但往往會浪費很多時間。不幸的是，嵌入式軟件開發(fā)人員默認(rèn)使用斷點和單步調(diào)試。為了更好地調(diào)試，開發(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。

　　今天，至少有八種不同的調(diào)試技術(shù)可供開發(fā)人員使用。這些技術(shù)從最簡單到最復(fù)雜的順序包括：

　　Watch / Expressions：為開發(fā)人員提供檢查 CPU 和外設(shè)寄存器的能力。它們通?？捎糜诒O(jiān)視變量、執(zhí)行計算或在更改時停止 CPU。

　　斷點：為開發(fā)人員提供在特定代碼行上停止 CPU 執(zhí)行的能力。高級斷點可用于設(shè)置條件語句。

　　printf：為開發(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)實現(xiàn)，這可能會或可能不會影響實時性能。

　　斷言：這些是用于驗證程序中特定點的假設(shè)的條件語句。斷言失敗通常會停止 CPU 并提供失敗斷言的文件和行位置。

　　Statistical Profiling：對應(yīng)用程序中的各種寄存器進(jìn)行定期采樣，這些寄存器同時發(fā)生在其運行中。通常不會影響實時性能。例如，可能想要對程序計數(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：對包含可變數(shù)據(jù)的各種內(nèi)存位置進(jìn)行定期采樣。當(dāng)與實時可視化工具一起使用來監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)、感興趣的變量變化等時，數(shù)據(jù)分析會非常有用。

　　任務(wù)和數(shù)據(jù)跟蹤：使開發(fā)人員能夠跟蹤實時操作系統(tǒng)應(yīng)用程序中的事件。因此，開發(fā)人員可以深入了解應(yīng)用程序性能、任務(wù)延遲、運行時間等等。

　　指令跟蹤：使開發(fā)人員能夠記錄在處理器上執(zhí)行的每條指令。這可用于了解測試期間的代碼覆蓋率、調(diào)試編譯器問題等。

　　掌握所有這些技術(shù)并知道何時使用它們可以大大減少當(dāng)缺陷確實進(jìn)入系統(tǒng)時用于調(diào)試的時間。

　　結(jié)論

　　可能會花費大量時間調(diào)試嵌入式軟件。有時，調(diào)試時間是無法避免的；但是，在許多情況下，開發(fā)人員可能會花費比他們需要的時間更多的時間。我們已經(jīng)探索了幾個您可以進(jìn)一步調(diào)查的領(lǐng)域，以減少您和您的團(tuán)隊花費在調(diào)試上的時間。如果您花費超過 20% 的時間進(jìn)行調(diào)試，請在本周花一個小時確定您可以立即開始進(jìn)行哪些更改，以控制您花在調(diào)試上的時間。

　　Jacob Beningo是一位嵌入式軟件顧問，專門研究基于微控制器的實時系統(tǒng)。他通過關(guān)于軟件架構(gòu)設(shè)計、嵌入式 DevOps 和實施技術(shù)等主題的大量文章、博客和網(wǎng)絡(luò)研討會積極推廣軟件最佳實踐。Jacob 在該領(lǐng)域擁有 20 年的經(jīng)驗，擁有三個學(xué)位，其中包括密歇根大學(xué)的工程碩士學(xué)位。