侵入式調試和非侵入式調試

在嵌入式應用的開發過程中，需要通過調試來解決程序運行過程中出現的問題，根據是否會打斷程序的“全速運行狀態”，調試方式可以分為侵入式調試和非侵入式調試兩類。

侵入式調試手段如下：

? 停機以及單步執行程序

? 硬件斷點和斷點指令（BKPT）

? 變量數據觀察點（Watch觀察窗口）

? 訪問寄存器的值

? 調試監視器異常

非侵入式調試手段如下：

? 在內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試，但這種調試會打破程序的全速運行狀態。非侵入式調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。在調試大型軟件和RTOS多任務系統，或者與通信時序相關的應用時（非侵入式調試會破壞通信時序），應用代碼可能突然跑飛或者產生異常中斷，而導致問題的原因可能難以發現。

此時非侵入式調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生之前MCU內部的指令執行歷史記錄，這些信息可以幫助開發者回溯問題現場來準確定位問題發生的原因。

指令跟蹤的實現方式

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

（1）使用MCU片上緩存實現指令跟蹤

一些MCU內部包含指令緩存區域，緩存區域依據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域，當程序停止運行時，PC端調試軟件讀取該區域內數據以獲取指令跟蹤數據。

使用該方式實現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行歷史記錄

（2）使用調試器內部緩存進行指令跟蹤

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

該方式實現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行歷史，但無法記錄從應用開始執行到出現異常的全過程指令記錄

? 通常需要暫停應用運行后，PC端軟件才會讀取緩存在調試器中的Trace數據

Segger J-Trace Pro流模式指令跟蹤

前面的兩種實現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，能夠給開發者帶來成熟的指令跟蹤解決方案。J-Trace Pro在SWD/JTAG調試接口引腳之外，與芯片通過額外的跟蹤功能引腳連接，包括Trace時鐘和數據傳輸引腳，MCU內部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到PC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據傳輸到電腦端，該方案還帶來了如下優勢：

? 指令緩存空間大小取決于電腦硬盤大小（TB級別）

? 能夠記錄應用從開始執行到出現異常的完整指令過程

? 能夠記錄用戶與應用程序發生交互行為中的指令執行過程

? 提供的其他高級調試功能：

實時代碼覆蓋率分析

實時的代碼執行情況分析

本文介紹了嵌入式MCU調試過程中幾種指令跟蹤調試功能的實現方式，對比可以發現Segger J-Trace Pro產品的解決方案具有明顯優勢，此外Segger還提供了配套的調試軟件Ozone，能夠提供強大的指令跟蹤調試功能

審核編輯 ：李倩