系統(tǒng)調(diào)試信息的顯示方法

摘要：提出在目標(biāo)系統(tǒng)脫離開發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，如何通過串口在Windows的超級(jí)終端軟件中顯示調(diào)試信息的一個(gè)具體方法。該方法有助于改進(jìn)調(diào)試質(zhì)量、縮短調(diào)試周期。

1 ROM版本目標(biāo)系統(tǒng)的調(diào)試問題

一般的目標(biāo)系統(tǒng)在開發(fā)工具環(huán)境下的調(diào)試并不困難，但最終系統(tǒng)必須脫離開發(fā)工具獨(dú)立運(yùn)行，即使在開發(fā)工具環(huán)境下完全正常的系統(tǒng)，ROM版本也往往會(huì)出現(xiàn)各種問題。原因有兩人：一是開發(fā)工具硬件環(huán)境和最終的目標(biāo)硬件環(huán)境不完全相同；二是外部因素不同，實(shí)驗(yàn)室中無(wú)法模擬現(xiàn)場(chǎng)的很多外部條件。對(duì)于硬件的調(diào)試，可以使用示波器等儀器；對(duì)于軟件的調(diào)試，一般方法則是顯示軟件運(yùn)行中的各種信息（如變量）。

我們知道，C語(yǔ)言中的“printf（）”函數(shù)是學(xué)習(xí)C語(yǔ)言的人最了解和熟悉的一個(gè)函數(shù)。很多C語(yǔ)言教材一開始就以顯示“hello word”字符串來(lái)描述C語(yǔ)言的基本特片，其中唯一的語(yǔ)句就是調(diào)用“printf （）”函數(shù)。雖然該函數(shù)可以在屏幕上輸出信息，但一般的用戶軟件中只在調(diào)試時(shí)用它來(lái)顯示某些中間變量的結(jié)果，一旦程序調(diào)試完成，就將其刪除了，真正的應(yīng)用信息（如菜單字符等）顯示往往其他的輸出函數(shù)。對(duì)于使用和學(xué)習(xí)C語(yǔ)言的程序員來(lái)說，printf（）由于可以同時(shí)輸出不同類型的數(shù)據(jù)，因此，它的使用是軟件調(diào)試的重要手段之一。

在TURBO C2.0編譯器中，printf（）函數(shù)的實(shí)現(xiàn)依賴于操作系統(tǒng)。在嵌入式系統(tǒng)中，往往沒有操作系統(tǒng)或者操作系統(tǒng)不提供這個(gè)功能，也可能沒有顯示輸出部件，或顯示設(shè)備的空間有限，只能用于顯示應(yīng)用信息。最常用的方法是通過目標(biāo)系統(tǒng)的一個(gè)串口將信息發(fā)送給PC機(jī)來(lái)顯示，PC機(jī)上可以使用Windows的“超級(jí)終端”軟件接受和顯示信息，如圖1所示。

這種系統(tǒng)的硬件很簡(jiǎn)單，我們只說明軟件的實(shí)現(xiàn)方法。為此，我們必須設(shè)計(jì)專用的、可以顯示各種數(shù)據(jù)類型的printf（）函數(shù)，以達(dá)到從串口或其他途徑輸出信息的目的。一般的C函數(shù)不同，printf（）函數(shù)的參數(shù)數(shù)量和類型是可變的，這是編寫該函數(shù)的難點(diǎn)。要解決這個(gè)難是，必須先了解C函數(shù)參數(shù)傳遞的原理。

2 C函數(shù)的參數(shù)傳遞原理

C語(yǔ)言是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它既具有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又具有匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)。它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。因此，它的應(yīng)用范圍廣泛，不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且各類科研都需要用到C語(yǔ)言，具體應(yīng)用比如單片機(jī)以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。

C語(yǔ)言  avr單片機(jī)c語(yǔ)言高級(jí)程序設(shè)計(jì)是一種成功的系統(tǒng)描述語(yǔ)言，用C語(yǔ)言開發(fā)的UNIX操作系統(tǒng)就是一個(gè)成功的范例；同時(shí)C語(yǔ)言又是一種通用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在國(guó)際上廣泛流行。世界上很多著名的計(jì)算公司都成功的開發(fā)了不同版本的C語(yǔ)言，很多優(yōu)秀的應(yīng)用程序也都使用C語(yǔ)言開發(fā)的，它是一種很有發(fā)展前途的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。

在大部分情況下，C語(yǔ)言是通過堆棧存儲(chǔ)器來(lái)傳遞參數(shù)（也有例外，C51的小模式則通過寄存器傳遞參數(shù)）。對(duì)于非指針類型，傳遞的不是原來(lái)類型的數(shù)據(jù)，而是對(duì)參數(shù)進(jìn)行了類型轉(zhuǎn)換，如字符類型（char）變成整型（int）拷貝到堆棧中、浮點(diǎn)類型（float）變成雙精度類型（double），如表1所列。表1中未列出的，則沒有轉(zhuǎn)換[4]。

表1

對(duì)于像字符數(shù)組之類的指針參數(shù)，是將指針拷貝到堆棧中，而不是將數(shù)組中的所有內(nèi)容傳送到堆棧中。比如，對(duì)函數(shù)fun（char *STr，int i,float &a）的調(diào)用：

char str[10]=“welcome”；

int i=100; float a=1.14;

……

fun（str,i,&a）；

各個(gè)參烽str,i在堆棧中按先右后左的次序存放，表2所列為調(diào)用函數(shù)fun（ ）開始時(shí)堆棧中的參數(shù)存放情況。此時(shí)函數(shù)fun（）的代碼上尚未執(zhí)行，函數(shù)中的局部變量也是在堆棧中，所以在函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后，局部變量將消失。

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表2 函數(shù)調(diào)用時(shí)的參數(shù)在堆棧中的存儲(chǔ)情況（X86環(huán)境）

表2說明了兩個(gè)問題：第一個(gè)問題是，每個(gè)參數(shù)在堆棧中的存儲(chǔ)長(zhǎng)度和參數(shù)的類型有關(guān)。對(duì)于指針類型參數(shù)，參數(shù)長(zhǎng)度和編譯模式有關(guān)：大模式下，地址包括段地址和偏移地址，共4字節(jié)；而小模式下，地址只有段內(nèi)偏移，占2字節(jié)。第二個(gè)問題是，如果知道其中的一個(gè)參數(shù)地址和參數(shù)的類型，則可以得到任意參數(shù)的數(shù)值，并不需要知道參數(shù)的名稱。比如在函數(shù)fun（）中，可用以下代碼顯示各個(gè)參數(shù)的內(nèi)容：

　　void fun（char *str,int i,float *a）

　　{

　　void *p

　　p=&str;

　　printf（"str=%s",str）； p=（char **）p+1;

　　printf（"i=%d" （（int*）p））；p=（int *）p+1;

　　printf（"i=%d" *（（float *）p））；

　　}

3 PC機(jī)上的printf（）函數(shù)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)在，可以編寫自己的printf（）函數(shù)了。以下給出TC20編譯環(huán)境下的具體實(shí)現(xiàn)代碼，在其他環(huán)境下，可以根據(jù)該原理進(jìn)行移植。也可以按位顯示二進(jìn)制數(shù)。對(duì)于其他類型，讀者可以根據(jù)需要增刪。

在實(shí)際應(yīng)用中，可以修改其中的putchar（）函數(shù)，將字符發(fā)到串口，就可以達(dá)到上述目的了。這里我們編寫的函數(shù)還增加了數(shù)字的二進(jìn)制顯示，這對(duì)于很多位域應(yīng)用是很有用處的。

　　/*printf（）函數(shù)的實(shí)現(xiàn)代碼，為和庫(kù)函數(shù)區(qū)別，特在各函數(shù)前增加前綴“my”*/

　　void myprintf（char *fmt,…）

　　{

　　void *p;

　　char ch;

　　p=&fmt;p=（char**）p+1;/*指向堆棧中的下一個(gè)參數(shù)*/

　　while（1）{

　　while（（ch=*fmt++）！='%'{/*讀入格式字符串*/

　　if（ch= ='0'）return;

　　putchar（ch）；

　　};

　　ch=*fmt++;

　　switch（ch）{ /*格式字符分析*/

　　/*因?yàn)樽址麉?shù)傳遞時(shí)也轉(zhuǎn)換成整形參數(shù)傳遞，故同樣處理*/

　　case 'c':

　　case'd':

　　case'x':

　　case'0':

　　case'b':

　　if（ch= ='c'）myputchar（*（int *）p））；

　　if（ch= ='d'）myprintn（*（（int *）p），10）；

　　if（ch= ='x'）myprintn（*（（int *）p），16）；

　　if（ch= ='o'）myprintn（*（（int *）p），8）；

　　if（ch= ='b'）myprintn（*（（int *）p），2）；

　　p=（int）p+1; /*指針移動(dòng)*/

　　break;

　　case's':

　　myputs（*（（char **）p））；

　　p=（char **）p+1; /*指針移動(dòng)*/

　　break;

　　default;

　　};

　　}

　　}

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　　void myputs（char str） /*顯示一個(gè)字符*/

　　{

　　while（（*str）！='0'）myputchar（'str++）；

　　}

　　/*顯示任意進(jìn)制的數(shù)值，b為二、八、十、十六等進(jìn)制數(shù)*/

　　void myprintn（int,n,int b）

　　{

　　if（b= =16）{ myprintx（n）； return; }

　　if（n<0）{ myputchar（'-'）； n=-n; };

　　if（n/b）

　　myprintn（n/b,b）；

　　myputchar（n%b+'0'）；

　　}

　　void myprintx（int n） /*以十六進(jìn)制顯示1個(gè)數(shù)字*/

　　{

　　signed char i;

　　for（i=3;i>=0;i--）

　　if（（（n》i*4）&0x0f）>=10）

　　/*當(dāng)10，11…時(shí)，顯示'a','b',…'f',*/

　　myputchar（（（n》i*4）&0x0f）-10+'a'）；

　　else myputchar（（（n》i*4）&0x0f）+'0'）；

　　}

　　/*

　　*在很多嵌入式系統(tǒng)中，并不存在PC一樣的標(biāo)準(zhǔn)顯示設(shè)備，

　　*通過修改該函數(shù)，可以將字符“ch”發(fā)送到串口，或者目

　　*標(biāo)系統(tǒng)中的LED、LCD等顯示器件。這樣，就可以在脫

　　*離開發(fā)系統(tǒng)情況下顯示調(diào)試信息，從而調(diào)試目標(biāo)系統(tǒng)的軟

　　*件或硬件。

　　*/

　　void myputchar（int ch）

　　{

　　……；/*此函數(shù)可供修改，將字符“ch”送到SBUF或其他顯示器件就可以了*/

　　}

4 超級(jí)終端軟件的使用

超級(jí)終端，即計(jì)算機(jī)顯示終端，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入、輸出設(shè)備。計(jì)算機(jī)顯示終端伴隨主機(jī)時(shí)代的集中處理模式而產(chǎn)生，并隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。迄今為止，計(jì)算技術(shù)經(jīng)歷了主機(jī)時(shí)代、PC時(shí)代和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算時(shí)代這三個(gè)發(fā)展時(shí)期，終端與計(jì)算技術(shù)發(fā)展的三個(gè)階段相適應(yīng)，應(yīng)用也經(jīng)歷了字符啞終端、圖形終端和網(wǎng)絡(luò)終端這三個(gè)形態(tài)。超級(jí)終端是一個(gè)通用的串行交互軟件，很多嵌入式應(yīng)用的系統(tǒng)有與之交換的相應(yīng)程序，通過這些程序，可以通過超級(jí)終端與嵌入式系統(tǒng)交互，使超級(jí)終端成為嵌入式系統(tǒng)的“顯示器”。

打開Windows的“超級(jí)終端”軟件，再打開“hypertrm”，新建一個(gè)終端會(huì)話。在該會(huì)話的“屬性u(píng)35774設(shè)置u32456終端仿真”菜單下，將終端仿真類型設(shè)置為VT100[5]；在“屬性u(píng)35774設(shè)置u32456終端設(shè)置u23383字符集”菜單下設(shè)置字符集為“ASCII”；在“屬性u(píng)36830連接到u37197配置u24120常規(guī)u26368最快速度”下設(shè)置通信波特率和目錄系統(tǒng)一致，并將該對(duì)話框下“僅以該速度連接打開”設(shè)置選中；在“屬性u(píng)36830連接到u37197配置u36830連接u36830連接首選項(xiàng)”下設(shè)置傳送數(shù)據(jù)位數(shù)、校驗(yàn)方式。

超級(jí)終端的原理是將用戶輸入隨時(shí)發(fā)向串口（采用TCP協(xié)議時(shí)是發(fā)往網(wǎng)口，這里只說串口的情況），但并不顯示輸入。它顯示的是從串口接收到的字符。所以，嵌入式系統(tǒng)的相應(yīng)程序應(yīng)該完成的任務(wù)便是：

1、將自己的啟動(dòng)信息、過程信息主動(dòng)發(fā)到運(yùn)行有超級(jí)終端的主機(jī)；

2、將接收到的字符返回到主機(jī)，同時(shí)發(fā)送需要顯示的字符（如命令的響應(yīng)等）到主機(jī)。

在用超級(jí)終端顯示時(shí)，唯一要求發(fā)送的數(shù)據(jù)必須以ASCII碼形式發(fā)送（上述printf（）函數(shù)就是如此）。如果要求交互式雙向數(shù)據(jù)傳送，請(qǐng)參考VT100文檔[5]。對(duì)于字符和控制的說明，這里不再描述。