侵入式調(diào)試和非侵入式調(diào)試

在嵌入式應(yīng)用的開發(fā)過程中，需要通過調(diào)試來解決程序運行過程中出現(xiàn)的問題，根據(jù)是否會打斷程序的“全速運行狀態(tài)”，調(diào)試方式可以分為侵入式調(diào)試和非侵入式調(diào)試兩類。

侵入式調(diào)試手段如下：

? 停機以及單步執(zhí)行程序

? 硬件斷點和斷點指令（BKPT）

? 變量數(shù)據(jù)觀察點（Watch觀察窗口）

? 訪問寄存器的值

? 調(diào)試監(jiān)視器異常

非侵入式調(diào)試手段如下：

? 在內(nèi)核運行的時候訪問存儲器

? 指令跟蹤，需要硬件包含指令跟蹤單元（ETM）

通常情況下，我們采用的是侵入式調(diào)試，但這種調(diào)試會打破程序的全速運行狀態(tài)。非侵入式調(diào)試則可以在保證程序全速運行的情況下，了解程序運行的情況。在調(diào)試大型軟件和RTOS多任務(wù)系統(tǒng)，或者與通信時序相關(guān)的應(yīng)用時（非侵入式調(diào)試會破壞通信時序），應(yīng)用代碼可能突然跑飛或者產(chǎn)生異常中斷，而導(dǎo)致問題的原因可能難以發(fā)現(xiàn)。

此時非侵入式調(diào)試如指令跟蹤這樣的功能就有著不可比擬的作用。指令跟蹤能夠記錄問題發(fā)生之前MCU內(nèi)部的指令執(zhí)行歷史記錄，這些信息可以幫助開發(fā)者回溯問題現(xiàn)場來準確定位問題發(fā)生的原因。

指令跟蹤的實現(xiàn)方式

在嵌入式MCU調(diào)試中指令跟蹤存在多種實現(xiàn)方式，通過對比我們將能夠更清楚的了解Segger J-Trace Pro產(chǎn)品流模式指令跟蹤功能的強大之處。

（1）使用MCU片上緩存實現(xiàn)指令跟蹤

一些MCU內(nèi)部包含指令緩存區(qū)域，緩存區(qū)域依據(jù)不同芯片型號命名可能有所不同，例如Embedded Trace Buffer（ETB），Micro Trace Buffer（MTB）,Embedded Trace FIFO（ETF）等。指令跟蹤記錄被保存在該片上區(qū)域，當(dāng)程序停止運行時，PC端調(diào)試軟件讀取該區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)以獲取指令跟蹤數(shù)據(jù)。

使用該方式實現(xiàn)指令跟蹤存在的限制：

? 片上的緩存空間很小，通常緩存空間大小只有kb級別

? 只能記錄非常有限的指令執(zhí)行歷史記錄

（2）使用調(diào)試器內(nèi)部緩存進行指令跟蹤

另外一種實現(xiàn)指令跟蹤的方式是調(diào)試器內(nèi)部提供指令緩存空間，緩存空間大小可能為MB到GB級別，但受限于調(diào)試器本身的硬件實現(xiàn)成本，調(diào)試器內(nèi)部所能夠提供的緩存空間同樣不會很大。

該方式實現(xiàn)指令跟蹤存在的限制：

? 片上的緩存空間為MB到GB范圍

? 能記錄有限的指令執(zhí)行歷史，但無法記錄從應(yīng)用開始執(zhí)行到出現(xiàn)異常的全過程指令記錄

? 通常需要暫停應(yīng)用運行后，PC端軟件才會讀取緩存在調(diào)試器中的Trace數(shù)據(jù)

Segger J-Trace Pro流模式指令跟蹤

前面的兩種實現(xiàn)方式都因為緩存空間大小的影響而有其使用局限性，Segger J-Trace Pro產(chǎn)品則使用流模式的方式解決了前面兩種方式存在的問題，能夠給開發(fā)者帶來成熟的指令跟蹤解決方案。J-Trace Pro在SWD/JTAG調(diào)試接口引腳之外，與芯片通過額外的跟蹤功能引腳連接，包括Trace時鐘和數(shù)據(jù)傳輸引腳，MCU內(nèi)部ETM模塊中記錄的指令通過J-Trace Pro以流模式的方式實時傳輸?shù)絇C端，此時指令的緩存空間在PC電腦端，因此最大的緩存空間甚至可以達到TB級別，徹底解決了前面兩種實現(xiàn)方式所存在的局限性。

J-Trace Pro支持通過流模式實時的將指令跟蹤數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X端，該方案還帶來了如下優(yōu)勢：

? 指令緩存空間大小取決于電腦硬盤大小（TB級別）

? 能夠記錄應(yīng)用從開始執(zhí)行到出現(xiàn)異常的完整指令過程

? 能夠記錄用戶與應(yīng)用程序發(fā)生交互行為中的指令執(zhí)行過程

? 提供的其他高級調(diào)試功能：

實時代碼覆蓋率分析

實時的代碼執(zhí)行情況分析

本文介紹了嵌入式MCU調(diào)試過程中幾種指令跟蹤調(diào)試功能的實現(xiàn)方式，對比可以發(fā)現(xiàn)Segger J-Trace Pro產(chǎn)品的解決方案具有明顯優(yōu)勢，此外Segger還提供了配套的調(diào)試軟件Ozone，能夠提供強大的指令跟蹤調(diào)試功能

審核編輯 ：李倩