【机甲大师Q＆A】嵌入式、MCU调试技巧大分享！

【参与话题讨论，立得200IC币】调试MCU的日常，是不是无尽的debug？日常的开发学习中，你又遇到过什么样的问题或经验呢？

在RoboMaster比赛中，常用的是基于Cortex-M3和M4内核的MCU。高主频的MCU上有各种通信协议的接口如CAN_BUS UART等，有供弹拨轮电机的驱动电路 有DR16接收机专用的取反电路，有用于控制摩擦轮电机的两路pwm输出 etc.作为机器人重要的控制单元之一，MCU的调试对于机器人在运动、射击、云台、控制等电控系统有着很大的意义。自然也是参赛者日常头疼的问题。

今天，看RoboMaster的大疆工程师和大家一起分享Cortex-M3和M4内核MCU的调试技巧。

Q1：大家在调试MCU时一般是否会遇到各种各样的问题，比如单片机运行着死机了，一般是什么原因呢？

A1：MCU死机基本上都是程序运行中触发了异常中断导致的，比如使用了空指针、野指针、访问越界之类的内存访问错误，或者是使用了未初始化的外设，再或者是非对齐访问等等。具体大家可以参阅《CM3与CM4权威指南》中的12.2 错误的原因章节。

Q2：找到问题的发生位置，但是并不清楚问题的原因，还可以怎么做呢？

A2：我们可以通过查看系统控制块SCB中相关错误寄存器来判断，在Keil的调试模式中打开View -> System Viewer -> Core Peripherals -> Fault Reports查看。比如对指向超出RAM区域的指针进行操作，发现进入HardFault_Handler，这时发现总线错误状态寄存器BRSR中的BFARVALID位被置位，表示访问了一个无效的总线地址。在CM4的SCB中还有像CFSR、HFSR、BFAR、MMFAR这样的错误寄存器。作为扩展，大家可以阅读内核用户手册《Cortex-M4 Devices Generic User Guide》或《Cortex-M3Devices Generic User Guide》中4.3 System control block章节。

Q3：MCU在给别人测试时出现很难复现问题，怎么在不复位的情况下接入调试工具进行调试？

A3：这种情况时很常见的，在实际测试时出现了问题，这时候却往往不在调试模式下，而接入调试器进行调试会进行复位，原来的问题现场就被破坏了。这时我们就需要使用Attch的调试方法进行调试，这种方法不会对MCU进行复位。

Q4：不想使用Keil全家桶，代码是使用C Make构建系统，该怎么进行调试呢？

A4：除了Keil以外也可以使用其他调试工具，比如OpenOCD+GDB，但是这个配置比较复杂，对新手可能并不友好。我在这里给使用J-link调试器的同学推荐一款调试软件Ozone，这款软件是J-link出品公司的官方免费软件。可以调试gcc和armcc编译出来的固件。armcc和gcc分别编译出axf和elf文件，包含了调试信息。在Ozone中载入这些文件就可以进行源码级调试，而且功能不弱于Keil。其中图标数据的显示比J-Scope更易于操作和直观，更适合于调试和整定参数。

Q5：在变量的内存地址处定义访问写断点，具体操作步骤是啥呢，有例子吗？

A5：在Keil的调试界面下按住Ctrl + B打开断点窗口，在expression中输入想要设置的全局变量或者地址，在Access中选中Write，点击Define就定义好了哦。局部变量因为是在栈上，地址不固定，所以是不可以的。关于Keil断点的更多信息，我建议大家阅读uVision User Guide手册中的Debugging -> Debug WIndwos and Dialogs -> Breakpoints Windows章节。手册在选项栏中的Help可以找到。

Q6：关于局部变量无法仿真，有什么解决方法吗？如果想通过watch窗口观看的局部变量的值的话？

A6：因为局部变量是存放在栈上的，所以局部变量的存放的地址位置每次重新进入函数是都不固定。推荐一个小技巧，定义一个全局变量，在退出函数时将局部变量复制到全局变量上，就可以间接观察了。

Q7：像can spi iic总线等通信出现问题时如何排查问题比较快？

A7：我喜欢的方法是自低向上从寄存器开始，有时候用的硬件中间层很复杂，对着自顶向下去排查反而效率低。直接拿着MCU的用户手册对着寄存器排查，确保配置相关的寄存器是正确的，在步进时多关注一些关键状态位的变化情况，比如中断标志位，错误标志位。保证寄存器这边能work了，上面的问题就好排查了。

Q8：问一下cube和hal会不会存在问题 开始学时学的标准库？网上有人说cube生成的代码问题很多而且代码构架已经固定了一直在用标准库。:

A8：我建议使用HAL或者LL库，ST公司已经对标准库停止维护了，新出的芯片也不再有标准库的支持。对比几年前，现在HAL和LL已经很完善了，而且HAL库这种硬件抽象层的思想是符合现在嵌入式设备的发展趋势的，使用HAL库+CubeMX比标准库开发更快更容易上手，追求性能可以使用LL库。

Q9：有没有什么办法可以通过直接改变仿真窗口watch里面的数值，然后就直接答：把程序里面的对应变量的数值也发生相应改变呢？我用的ST-link仿真的，每次发现系数不得，都得程重新退出仿真 然后下载程序 然后继续仿真 感觉这样很麻烦

A9：程序是写在Flash里面的，虽然使用调试器通过memory窗口可以直接修改Flash中的指令，但是这样操作需要对汇编有很深的理解才行。建议你将系数定义在全局变量中，利用watch一次调好参，就不用反复下程序了。或者你可以使用IAP或者E2PROM实现参数修改后断电保存。

Q10: 可能是很多人都想知道的秘诀！怎么样才能提升自己的调试能力？

A10: 首先是熟能生巧，解决的BUG越多，经验也就越来越丰富，不仅能提升自己解决疑难杂症的能力，也能避免在编码的过程中写出BUG。第二个是多阅读资料，除了网上的教程和博客以外，也要多阅读官方的芯片和数据手册，这些资料是准确和详实的。

日常的开发学习中你遇到过什么样的问题或经验呢？对于RoboMaster机甲大师赛使用的机器人软硬件，又有哪方面想要了解呢？

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