嵌入式软件调试（Debug）方法

1 问题定位和分析方法

1.1 二分定位法

方法阐述：
在任务中或者可能出现问题的模块中，屏蔽一半的任务或者代码，在执行确认问题是否消失。

简单示例：
问题：明确知道在任务A中出现了复位问题，且只有一个位置存在问题，如何快速定位在哪个函数中出现复位？

#当然我们知道，通过调试器单步是最简单的，暂时不使用这种方式

二分法排查步骤：
1）、屏蔽func1()、func2()、func3()，如果出现问题消失，则确认问题在此三个函数中，反之则在另外三个函数中；
2）、假设步骤一中问题消失，则可继续屏蔽func1()、func2()，观察问题是否存在，判断依据同上；
3）、重复上述步骤，则可找到出问题的函数，细分甚至可以明确定位代码语句。

#上述是在假设问题只存在一个位置，如可能存在多个位置，则需要更多排查步骤（需要明确知道某一块代码不会出现问题，不能依据一半存在问题就排除另一半正常）

Task(A)
{
	func1();
	func2();
	func3();
	func4();
	func5();
	func6();
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9

适用的场景：
1）、容易复现的问题
2）、不好分析，没有头绪的问题
3）、不方便在线调试的问题，无法设置断点单步调试的问题
4）、大部分问题（只是可能存在更简单的方式）

1.2 数据流方法

方法阐述：
依据设计的数据流，从数据产生的源头开始，依据数据的流向，依次确认数据在每个节点的处理正确性。或者方向也可。正确性含义——1）、进入某节点的数据或者流出某节点的数据是否与预期的一致；2）、定位出数据链路上具体哪个节点处理存在问题；

简单示例：
1）、图一为简单的模拟开关状态采集原理图
2）、图二为软件在模拟开关开关状态处理的常见步骤/模块（体现了其数据流）

问题：假设开关逻辑处理模块未得到正确的开关状态，应该如何准确的定位问题位置？

数据流分析方法（此处以采集端至上层软件的分析方向，也可反向）：
1）、确认板端硬件电压正确性（通过万用表、示波器等均可，主要包括两个值：a)、参考电压；b）、开关不同挡位下的电压）
2）、通过调试器观测电压采集模块确认采集后的电压正常与否（若不正常，则取确认MCAL配置）
3）、确认滤波后的电压是否正常（若不正常则排查ADC滤波及换算模块）
4）、以上均无问题，则排查开关状态处理模块（如状态定义的阈值、死区设置等）

适用的场景：
1）、数据链路清晰
2）、接口之间接口较为简单
3）、节点的输入、输出数据易于获取：在线调试、打印log、通信发送等

1.3 隔离法

方法阐述：
定义：单独针对某个模块（函数、子系统等）进行调试
方法：a）、模型仿真（如在Simulink中对功能进行仿真），给模块输入，监控模块的输出；b
）、将模块/函数单独放在单元测试软件中对其进行测试；c）、在线调试，将模块输入替换成可修改的变量，模块输出替换成易观测的变量
工具：劳特巴赫、Tessy、Simulinkdeng

#下图为进行在线调试时，修改的示例：将原有的输入去除（见左侧虚线），将输出增加或者替换成可监控的变量或者其他可观测类型输出

适用场景：
1）、模块之间无耦合性、接口清晰的模块
2）、问题已经可定位至具体的模块
3）、纯粹逻辑问题
4）、针对问题模块进行调试
5）、仿真与在线仿真结合可以排查编译相关问题（如数据类型处理方式等）

1.4 汇编法

方法阐述：
1）、对某段代码进行反汇编，在汇编的层次上进行单步执行
2）、查看每一步对应的寄存器值是否正常（通用寄存器、PC、SP等）
3）、查看跳转是否正常

简单示例：
某一块RAM地址写入超出实际范围，最后修改了CSA存储区域，导致OS执行完之后无法完成CSA切换，导致OS进入Trap（未保存下来相应记录）
排查方式：单步发现在某一部之后进入OS Trap，根据跳转地址、CSA指针地址等判断出来内存问题

适用场景：
1）、定位到具体语句却无法查出问题根源
2）、程序莫名奇妙跑飞问题
3）、BT跳转追踪
4）、其他怪异的问题

1.5 ABA法

方法阐述：
使用A组件存在问题，将A组件替换成B组件故障消失，再将B组件替换回A组件，故障复现

简单示例：
问题描述：某功能与MCU、SOC以及芯片A相关，在该控制器上功能不能正常使用，其余注入相同软件的控制器正常，因此你无法判断是电路问题还是芯片A本身问题？

排查方式：
1）、将芯片A替换成在其他控制器上能正常工作的芯片B，看控制器是否能正常工作
2）、将芯片A在其他正常控制器上进行验证，可以验证芯片A的状态，同时印证步骤一的结论

#ABA方法不一定与描述的一致，记住其思想“替换硬件已验证硬件状态”即可

适用场景：
1）、软件硬件问题界定（无法分辨软件还是硬件导致，可将相关芯片进行替换验证）
2）、外围设备问题（如烧写器、CANoe等），通过更换肯定是好的设备验证设备问题

1.6 版本回溯确认法

方法阐述：
1）、将整个软件或部分模块回滚至确认功能好使的版本，确认相应的故障状态是否消失
2）、将问题版本软件与正常版本软件进行对比分析，针对修改项进行分析

#这是常用的方式，此处就不做示例说明

适用场景：
1）、因软件修改而出现的问题
2）、用于快速分析解决问题
3）、须有完善的版本管理系统

1.7 调试IO法

方法阐述：
翻转IO/IO跳变，通过外部观测设备（如示波器）确认代码执行情况

简单示例：
问题描述：第二个功能必须在第一个功能结束后4s后才能触发（严格时序问题）

测试方法：功能触发时将某一个IO口拉高，关闭时将电平拉低，如图绿色和蓝色分别表示一功能触发与结束（高电平时触发，低电平时关闭），通过示波器就能捕捉相关功能之间的时间间隔

#IO法对于时间测试、时序测试等十分适用，但注意用于测试时若占用某功能接口，在测试完成后须删除测试代码，复原相关功能

适用场景：
1）、分支执行情况分析
2）、时间间隔分析

2 调试注意事项

1）、首先确认硬件状态

2）、调试时尽量关闭看门狗：
a）、调试看门狗时除外
b)、防止复位时不易发现
c）、有时可看到程序死在什么地方

3）、底层问题尽量结合手册

3 典型问题类型

寄存器设置问题、异常处理不完善、数组越界、时序错误、硬件问题、运算溢出、配置错误、栈溢出、运算溢出等