Ozone是SEGGER免費的嵌入式軟件調試器。它是一個強大的工具，可以讓你深入了解嵌入式系統中發生的事情。它在調試nRF9160 Zephyr應用程序時特別有用。整理多個線程和多映像構建可能很困難，但這就是你想要的工具。

在我們之前的博文《采取下一步：在Zephyr上使用SEGGER Ozone和SystemView進行調試》中，Chris Gammell撰寫了有關如何設置SEGGER Ozone項目，以調試在i.MX RT1060評估套件上運行的Zephyr應用程序。這是在Ozone中調試Zephyr應用程序和分析RTOS運行時行為的一個很好的介紹。

當我嘗試設置一個類似的Ozone項目來調試Nordic nRF9160 SIP開發板時，我在此過程中遇到了一些困難。今天，我將分享我所學到的知識。

在本文中，我將介紹如何：

? 配置nRF9160 Zephyr應用程序以進行線程感知調試。

? 使用新建項目向導為nRF9160創建Ozone項目。

? 修改Ozone工程以支持調試nRF9160多映像構建。

硬件配置

在下面的示例中，我將使用Nordic nRF9160 DK板。這款來自Nordic的開發套件在電路板中內置了SEGGER J-Link OB調試器，因此不需要外部J-Link調試器來跟進示例（SEGGER Ozone需要J-Link支持）。

Zephyr中的線程感知的支持

在使用Golioth Zephyr SDK構建的典型Zephyr應用程序中，將有多個線程。例如，一個用于應用程序的主循環，一個用于Golioth系統客戶端，其他用于UART shell、日志記錄子系統、網絡管理等。

SEGGER為Ozone提供了一個Zephyr RTOS插件，可以顯示每個線程的狀態，但它要求Zephyr固件在構建時支持線程感知調試。Zephyr提供了一個CONFIG_DEBUG_THREAD_INFO Kconfig符號，該符號指示內核維護所有線程的列表，線程名稱在Ozone中可見。

雖然你可以簡單地將CONFIG_DEBUG_THREAD_INFO=y添加到應用程序的prj.conf文件中，但你可能只想在構建時啟用這些額外的調試信息。我們可以創建一個額外的debug.conf Kconfig文件，只有當我們將-DEXTRA_CONF_FILE=debug.conf參數傳遞給構建系統時，該文件才會被合并。

由于本文是關于使用Ozone進行線程感知調試的，因此我們將使用nRF Connect SDK Zephyr存儲庫中的zephyr/samples/basic/threads/應用程序作為本文的示例應用程序。

如果這是你第一次構建Zephyr示例應用程序之一，請確保先完成nRF Connect SDK安裝，并確保你的開發環境設置正確。

如何啟用線程感知

首先創建一個zephyr/samples/basic/threads/debug.conf文件并添加以下命令行：

zephyr/samples/basic/threads/debug.conf

CONFIG_DEBUG_THREAD_INFO=y
# CONFIG_DEBUG_THREAD_INFO needs the heap memory pool to
# be defined for this app
CONFIG_HEAP_MEM_POOL_SIZE=256

接下來，構建固件，指定需要的debug.conf文件并合并到構建配置中：

cd /
west build -p -b nrf9160dk_nrf9160_ns zephyr/samples/basic/threads/ -- -
DEXTRA_CONF_FILE="debug.conf"

如果構建成功完成，你將看到我們在Ozone中啟動調試會話所需的build/zephyr/zephyr.elf 文件

創建Ozone項目

現在我們已經構建了固件，可以啟動Ozone并使用New Project Wizard創建一個Ozone項目：

選擇nRF9160_xxAA芯片。

選擇使用J-Link仿真器。

選擇build/zephyr/zephyr.elf該文件在前面討論中構建生成。

其他這些選擇缺省。

單擊“Finish”后，您將看到Ozone項目窗口出現。在“Console”窗口中，運行以下命令以加載Zephyr RTOS插件：

Project.SetOSPlugin("ZephyrPlugin.js");

現在，應該在Ozone項目中看到一個新的“Zephyr”窗口（如果沒有，請單擊“View”→“Zephyr”以顯示該窗口）：

最后，保存項目文件，點擊“File”→“Save Project as…”：

啟動調試會話

現在我們已經配置了Ozone項目，我們可以啟動調試會話了。

點擊“Debug”→“Start Debug Session”→“Download& Reset Pro”

奇怪的是，當固件開始運行時，將看到一個彈出窗口，指示目標已停止在HardFault異常狀態！

此時，您可能想知道這里發生了什么......

這里有一個提示：答案與多映像構建有關。

缺少的步驟：

燒入合并的文件映像

你可能已經注意到，我們傳遞給west build（nrf9160dk_nrf9160_ns）的board參數以_ns結尾。此后綴表示固件將使用Trusted Firmware-M（TF-M）構建。這是ARM的IoT安全框架的參考實現，稱為平臺安全架構（PSA）。

TF-M使用nRF9160的Cortex-M33 MCU的ARM TrustZone安全功能將MCU劃分為安全處理環境（SPE）和非安全處理環境（NSPE）。

簡而言之，引導過程的工作原理如下：

1. 當MCU啟動時，它開始在安全環境（SPE）中執行。

2. 引導過程可以選擇從使用NSIB和/或MCUboot的安全引導加載程序鏈開始。

3. 如果使用，引導加載程序會啟動TF-M，這會將MCU內存和外設的一部分配置為非安全。

4. TF-M啟動在非安全環境（NSPE）中運行的Zephyr應用程序。

當我們針對_ns構建目標進行構建時，TF-M鏡像會自動構建并與Zephyr應用程序鏈接。如果查看build/zephyr/輸出目錄，您將看到一個名為merged.hex的文件，這是一個合并文件，其中包含MCUboot引導加載程序（可選）、TF-M安全映像和非安全Zephyr應用程序。

修復Ozone項目文件

我們將直接在Ozone項目文件中進行一些更改，該文件可以通過單擊“File”→“Edit Project File”在Ozone中打開：

燒寫合并的映像

導航到Ozone項目文件的TargetDownload部分并添加以下內容，以將Ozone配置為刷寫合并的圖像（更改路徑以匹配項目中的合并映像文件）：

/*********************************************************************
*
* TargetDownload
*
* Function description
* Replaces the default program download routine. Optional.
*
**********************************************************************
*/
void TargetDownload(void)
{
Exec.Download("$(ProjectDir)/build/zephyr/merged.hex");
}

修復矢量表和PC地址

導航到Ozone項目文件的_SetupTarget部分，然后進行以下更改：

1. 將vector table地址設置為0

2. 從vector表中讀取入口點程序計數器地址

/*********************************************************************
*
* _SetupTarget
*
* Function description
* Setup the target.
* Called by AfterTargetReset() and AfterTargetDownload().
*
* Auto-generated function. May be overridden by Ozone.
*
**********************************************************************
*/
void _SetupTarget(void) {
unsigned int SP;
unsigned int PC;
unsigned int VectorTableAddr;
VectorTableAddr = 0;
//
// Set up initial stack pointer
//
SP = Target.ReadU32(VectorTableAddr);
if (SP != 0xFFFFFFFF) {
Target.SetReg("SP", SP);
}
//
// Set up entry point PC
//
PC = Target.ReadU32(VectorTableAddr + 4);
if (PC != 0xFFFFFFFF) {
Target.SetReg("PC", PC);
} else {
Util.Error("Project script error: failed to set up entry point PC", 1);
}
}

保存項目文件時，您應該會看到一個模式彈出窗口，詢問您是否要重新加載項目。

選擇“Yes”：

啟動調試會話

映像文件燒入到芯片后，你應該可以看到調試器停在main位置：

點擊“Debug”→“Continue”：

這次固件可以正常運行沒有出現異常。

總結

希望這可以幫助你開始使用Ozone調試nRF9160。nRF9160在Zephyr項目中獲得了完全支持，并在Golioth物聯網設備管理平臺中具有最高級別的支持。借助Golioth，你可以連接和保護設備、將傳感器數據發送到Web、無線更新固件，以及使用IoT云擴展你的覆蓋度。

麥克泰技術是SEGGER產品在中國的代理商，具有超過20年嵌入式實時操作系統和工具的市場、服務和培訓經驗，已經錄制許多SEGGER視頻課程撰寫博客文章，了解更多產品聯系麥克泰技術[email protected]。