工程師喜歡解決問題。當(dāng)然，這就是我們的工作。但不如人愿的是，嵌入式軟件工程師最大的問題之一是我們自己制造了很多問題，然后花大量的時間來解決這些問題，最后使自己成為英雄(在調(diào)試上!)。有很多公司的嵌入式軟件工程師把20 - 40%的時間花在調(diào)試上。值得慶幸的是，從團(tuán)隊的角度可以做出很多潛在的改變，以減少他們花在調(diào)試上的時間，并將時間百分比壓縮到個位數(shù)。在本文中，我們將研究一些減少調(diào)試時間的技巧。

技巧1-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)人員增量地構(gòu)建他們的產(chǎn)品軟件，并依賴測試來規(guī)定他們編寫代碼的技術(shù)。例如，開發(fā)人員首先編寫一個測試用例，如果測試失敗，則編寫以通過測試為目的新代碼。然后重復(fù)這個過程。

傳統(tǒng)上來講，嵌入式軟件開發(fā)人員會在測試之前編寫整個軟件代碼模塊。 可能會在幾周內(nèi)編寫數(shù)千行代碼。 當(dāng)?shù)搅藴y試代碼的時候，如果發(fā)現(xiàn)它不起作用，問題在哪里？ 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)長。

另一方面，對于使用TDD的開發(fā)人員來說，如果出現(xiàn)了錯誤并且在代碼中注入了bug，測試用例將立即告訴開發(fā)人員!由于是逐步編寫代碼的流程，所以更有可能確切地知道更改了程序的什么部分，并且能夠立即修復(fù)問題。TDD似乎需要更多的時間來驗證，但通過創(chuàng)建一系列的測試用例，可以在回歸測試中運行這些用例，以確保一切都按照預(yù)期工作。TDD功能實現(xiàn)了一石二鳥的目的:減少調(diào)試和自動化測試的時間。

技巧2-盡可能無機(jī)器依賴的開發(fā)

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)板然后開始編寫代碼。 但不如人愿的是，在許多情況下嵌入式軟件代碼并不是和對手之間產(chǎn)品的差異化因素，差別在于應(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，但許多模塊可以不依賴于主機(jī)器環(huán)境來進(jìn)行開發(fā)。

實施無機(jī)器依賴的代碼開發(fā)，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)人員必須做以下工作：

1.交叉編譯代碼

2.啟動調(diào)試會話

3.通過 SWD 對設(shè)備進(jìn)行編程

4.在目標(biāo)機(jī)器上運行代碼

5.通過在目標(biāo)機(jī)上運行來驗證代碼是否有效（同樣的必須擁有所有Low-Level代碼）

如果代碼是在主機(jī)上開發(fā)的，開發(fā)人員必須在主機(jī)上編譯代碼，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，會更加快速的修復(fù)、重新編譯并重新開始測試。

在嵌入式板子上，僅對目標(biāo)程序進(jìn)行編程就會使每個周期增加幾十秒，更不用說單步執(zhí)行代碼了。

無機(jī)器依賴的開發(fā)/調(diào)試可能會產(chǎn)生特定的錯誤。從我現(xiàn)在寫了大約 75% 的相關(guān)代碼的例子上來看，發(fā)現(xiàn)會有速度更快、效率更高的效果。 我可以快速定位代碼中的問題，確定原因并修復(fù)它，然后繼續(xù)調(diào)試，而不是只能在嵌入式板子上跟蹤問題。 當(dāng)然，有些問題會出現(xiàn)在主機(jī)上不會出現(xiàn)的板子環(huán)境上。

技巧3-掌握調(diào)試策略

我們已知效率最低的調(diào)試方法就是單步調(diào)試代碼。 但不要誤會我的意思，有具體的程序運行時間和發(fā)生位置，往往更加會造成很多時間上的浪費。 不幸的是，嵌入式軟件開發(fā)人員通常默認(rèn)使用斷點和單步調(diào)試的方案。 為了更好地調(diào)試，開發(fā)人員還需要掌握現(xiàn)代微控制器上可用的其他調(diào)試策略。

目前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)雜的順序排列如下：

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，高級斷點功能可用于設(shè)置條件語句的情況。

打印：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，有一定概率會影響實時性能。

斷言：用于驗證程序中特定點假設(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。

統(tǒng)計分析：對在運行中應(yīng)用程序中的各種寄存器進(jìn)行定期采樣。 通常不會影響實時性能。 例如，您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)異常發(fā)生進(jìn)入系統(tǒng)時用于調(diào)試的時間。

結(jié)論

我們在開發(fā)階段可能會花費大量時間調(diào)試嵌入式軟件代碼。 有時調(diào)試時間是不可避免的； 但在許多情況下，開發(fā)人員可能會花費超出預(yù)期更多的時間。 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。 如果您在調(diào)試上花費超過整體軟件周期的20%時間，那么請在本周花一個小時時間確定您在以上哪些方面可以立即調(diào)整優(yōu)化，以控制花在調(diào)試上的時間。

審核編輯 ：李倩