There are a lot of potential changes that software development teams can make to decrease the time they spend debugging and get it into single-digit percentages.

工程師喜歡解決問題。這就是我們所做的。不幸的是，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，然后通過花費大量時間來修復它們（調(diào)試！）使自己成為英雄。嵌入式軟件工程師花費 20% 到 40% 的時間進行調(diào)試的公司很常見！值得慶幸的是，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，并將其降低到個位數(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。

提示 #1 – 擁抱測試驅動開發(fā) (TDD)

測試驅動開發(fā)是一種允許開發(fā)人員增量構建他們的生產(chǎn)軟件的技術，他們依靠測試來指示他們編寫的代碼。例如，TDD 讓開發(fā)人員首先編寫一個測試用例，使其失敗，然后只編寫允許該測試用例通過的代碼。然后重復該過程。

傳統(tǒng)上，嵌入式軟件開發(fā)人員會在測試之前編寫整個代碼模塊。在幾周內(nèi)編寫數(shù)千行代碼是可能的。那么，到了測試它的時候，如果它不起作用，問題在哪里呢？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)問題所在并修復它。執(zhí)行此操作所需的時間可能相當可觀。

另一方面，對于使用 TDD 的開發(fā)者來說，如果出現(xiàn)錯誤并在代碼中注入了 bug，測試用例會立即告訴開發(fā)者！由于他們正在逐步編寫代碼，因此他們更有可能確切地知道他們所做的更改并可以立即解決問題。TDD 似乎需要更多時間來練習，但它創(chuàng)建了一組可以在回歸測試中運行的測試用例，以確保一切都按預期工作。TDD 一石二鳥：減少調(diào)試時間和自動化測試。

提示 #2 – 盡可能多地開發(fā)脫靶

當一個項目開始時，幾乎每個嵌入式軟件開發(fā)人員的第一反應就是獲得一塊開發(fā)板并開始編寫嵌入式代碼。不幸的是，在許多情況下，嵌入式代碼并不是我們產(chǎn)品的差異化因素。這是應用程序代碼。雖然許多應用程序代碼最終需要與硬件交互，但許多模塊可以脫靶開發(fā)，即在主機上。

開發(fā)脫靶代碼為開發(fā)人員提供了許多減少每個調(diào)試周期所花費時間的機會。例如，通常，要為目標微控制器編寫和測試代碼，開發(fā)人員必須：

交叉編譯代碼

啟動調(diào)試會話

通過 SWD 對設備進行編程

在目標上運行代碼

通過在目標上運行代碼來驗證代碼是否正常工作（還必須具有所有低級代碼）。

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、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，修復、重新編譯并重新開始會更快。在嵌入式目標上，僅對目標進行編程就會使每個周期增加幾十秒，更不用說單步執(zhí)行代碼的誘惑了。

脫靶開發(fā)/調(diào)試可能會產(chǎn)生特定的錯誤。但是，我現(xiàn)在編寫了大約 75% 的代碼偏離目標，并且發(fā)現(xiàn)我的速度更快、效率更高。我可以快速強制代碼中的問題，確定原因，修復它，然后繼續(xù)前進，而不是通過嵌入式目標跟蹤問題。當然，有些事情會出現(xiàn)在目標上，而不會出現(xiàn)在主機上。

提示 #3 – 掌握調(diào)試策略

人類已知的效率最低的調(diào)試方法是單步調(diào)試代碼行。不要誤會我的意思，有時間和地點，但往往會浪費很多時間。不幸的是，嵌入式軟件開發(fā)人員默認使用斷點和單步調(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。

今天，至少有八種不同的調(diào)試技術可供開發(fā)人員使用。這些技術從最簡單到最復雜的順序包括：

Watch / Expressions：為開發(fā)人員提供檢查 CPU 和外設寄存器的能力。它們通常可用于監(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。高級斷點可用于設置條件語句。

printf：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。根據(jù)實現(xiàn)，這可能會或可能不會影響實時性能。

斷言：這些是用于驗證程序中特定點的假設的條件語句。斷言失敗通常會停止 CPU 并提供失敗斷言的文件和行位置。

Statistical Profiling：對應用程序中的各種寄存器進行定期采樣，這些寄存器同時發(fā)生在其運行中。通常不會影響實時性能。例如，可能想要對程序計數(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：對包含可變數(shù)據(jù)的各種內(nèi)存位置進行定期采樣。當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)應用程序中的事件。因此，開發(fā)人員可以深入了解應用程序性能、任務延遲、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。

掌握所有這些技術并知道何時使用它們可以大大減少當缺陷確實進入系統(tǒng)時用于調(diào)試的時間。

結論

可能會花費大量時間調(diào)試嵌入式軟件。有時，調(diào)試時間是無法避免的；但是，在許多情況下，開發(fā)人員可能會花費比他們需要的時間更多的時間。我們已經(jīng)探索了幾個您可以進一步調(diào)查的領域，以減少您和您的團隊花費在調(diào)試上的時間。如果您花費超過 20% 的時間進行調(diào)試，請在本周花一個小時確定您可以立即開始進行哪些更改，以控制您花在調(diào)試上的時間。

審核編輯 黃昊宇