工程師喜歡解決問題，這是我們的工作，但是，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，然后通過花費大量的時間來修復(fù)它們(調(diào)試！)。嵌入式軟件工程師花20–40%的時間進行調(diào)試的公司非常常見！令人欣慰的是，嵌入式開發(fā)團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，并使其達到個位數(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。
技巧 1——擁抱測試驅(qū)動開發(fā)(TDD)
測試驅(qū)動開發(fā)是一種技術(shù)，它允許開發(fā)人員增量地構(gòu)建他們的生產(chǎn)軟件，他們依靠測試來規(guī)定他們編寫的代碼。例如，TDD讓開發(fā)人員首先編寫一個測試用例，讓它失敗，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完整的代碼模塊。在幾周內(nèi)編寫成千上萬行代碼是可能的。那么，到了測試的時候，如果不行的話問題出在哪里呢？開發(fā)人員必須費力地回顧代碼，發(fā)現(xiàn)問題所在并修復(fù)它，這樣做所需的時間可能相當(dāng)長。
另一方面，對于使用TDD的開發(fā)者來說，如果犯了錯誤，在代碼中注入了bug，測試用例會立刻告訴嵌入式開發(fā)者！因為他們是增量地編寫代碼，所以他們更有可能確切地知道他們更改了什么，并且可以立即修復(fù)問題。TDD可能看起來需要花更多的時間來實踐，但是它創(chuàng)建了一個可以在回歸測試中運行的測試用例集合，以確保一切按預(yù)期運行。TDD一舉兩得：減少調(diào)試時間和自動化測試。
技巧2——盡可能遠(yuǎn)離目標(biāo)
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)都是拿到開發(fā)板，開始編寫嵌入式代碼。但是，在許多情況下，嵌入式代碼并不是我們產(chǎn)品中的區(qū)分器；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，但許多模塊可以脫離目標(biāo)開發(fā)，即在主機上開發(fā)。
開發(fā)偏離目標(biāo)的代碼為開發(fā)人員提供了許多減少每個調(diào)試周期花費時間的機會。例如，為了編寫和測試目標(biāo)微控制器的代碼，嵌入式開發(fā)人員必須：
l 交叉編譯代碼
l 啟動調(diào)試會話
l 通過SWD對器件進行編程
l 在目標(biāo)上運行代碼
l 通過在目標(biāo)上運行代碼來驗證代碼是否有效(還必須擁有所有底層代碼)。
如果代碼是在主機上開發(fā)的，開發(fā)人員必須為主機編譯它，然后使用單元測試工具、模擬器或自定義程序來運行開發(fā)中的代碼。如果發(fā)現(xiàn)問題，修復(fù)、重新編譯并再次運行會快得多。在嵌入式目標(biāo)上，僅僅是對目標(biāo)編程就可能給每個周期增加幾十秒，更不用說單步執(zhí)行代碼的誘惑了。
技巧3——掌握調(diào)試策略
人類已知的最低效的調(diào)試方法是單步調(diào)試代碼行。不要誤會，是有時間和地點的，但往往會浪費很多時間。不幸的是，嵌入式開發(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。
如今，至少有八種不同的調(diào)試技術(shù)可供開發(fā)人員使用。從最簡單到最復(fù)雜，這些技術(shù)包括：
監(jiān)視/表達式：為開發(fā)人員提供檢查CPU和外圍寄存器的能力。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：為嵌入式開發(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)情況，這可能會或可能不會影響實時性能。
斷言：這些是用于在程序中的特定點驗證假設(shè)的條件語句。斷言失敗通常會使CPU停止，并提供失敗斷言的文件和行位置。
統(tǒng)計分析：在應(yīng)用程序運行的同時，對應(yīng)用程序中的各種寄存器進行定期采樣。通常不會影響實時性能。例如，可能需要對程序計數(shù)器（PC）進行采樣，以了解正在執(zhí)行的代碼模塊。
數(shù)據(jù)分析：對包含變量數(shù)據(jù)的各種內(nèi)存位置進行定期采樣。當(dāng)與實時可視化工具一起使用時，數(shù)據(jù)分析可以很好地監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)、感興趣的變量變化等。
任務(wù)和數(shù)據(jù)跟蹤：為嵌入式開發(fā)人員提供在實時操作系統(tǒng)應(yīng)用程序中跟蹤事件的能力。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。
指令跟蹤：為開發(fā)人員提供記錄處理器上執(zhí)行的每條指令的能力。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顯著減少缺陷進入系統(tǒng)時調(diào)試所花費的時間。
結(jié)論
可能要花很多時間調(diào)試嵌入式軟件。有時候，調(diào)試時間就是無法避免；然而，在許多情況下，開發(fā)人員可能會花費比他們需要的更多的時間。我們已經(jīng)探索了幾個領(lǐng)域，你可以進一步研究以減少你和你的嵌入式開發(fā)團隊花費在調(diào)試上的時間。如果你花了20%以上的時間調(diào)試，本周花一個小時來確定你可以立即開始做什么改變來控制你花在調(diào)試上的時間。
