打造嵌入式轻量级调试环境:一个简单框架的介绍
0 2023-12-01


一、Zorb简介

Zorb Framework是一个基于面向对象的思想来搭建一个轻量级的嵌入式框架。

搭建Zorb Framework的目的是为在不能运行Linux的芯片上快速开发应用,不用反复造轮子。

Zorb Framework的初步设计功能有:

1、时间系统功能zf_time

2、环形缓冲区功能zf_buffer

3、列表功能zf_list

4、状态机功能zf_fsm

5、事件功能zf_event

6、定时器功能zf_timer

7、任务功能zf_task

前6个功能,就可以实现纯事件驱动的程序,基本可以满足中小型嵌入式应用程序开发的需求。加上任务功能,是为了满足部分程序对实时性要求较高的需求。

当然,也可以将前6个功能裁剪出来,然后运行在现有的嵌入式系统上面,这样子也可以满足实时性的需求。

二、嵌入式环境搭建

采用STM32F429开发板作为硬件运行环境,硬件资源用到串口1和systick,其中串口1提供调试打印功能,systick提供系统时间计数功能。

关于硬件环境的搭建不多说,可以参照开发板提供的例程来搭建,板级初始化完成了调试串口和systick的初始化。

/******************************************************************************
 * 描述  :硬件环境初始化
 * 参数  :无
 * 返回  :无
******************************************************************************/ void BSP_init(void) { /* 嵌套向量中断控制器组选择 */ NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); /* 初始化调试串口 */ Debug_USART_init(); /* Systick初始化 */ SystemTick_init();
} /******************************************************************************
 * 描述  :硬件底层程序
 * 参数  :无
 * 返回  :无
******************************************************************************/ void BSP_process(void) {

}

三、调试输出

开发一个程序,最开始也最重要的是搭建调试的环境,我们采用串口1作为调试输出(printf映射),然后调试信息分为三个等级,后续上位机可以根据不同等级进行高亮提示:

/**
  *****************************************************************************
  * @file    zf_debug.h
  * @author  Zorb
  * @version V1.0.0
  * @date    2018-06-28
  * @brief   调试输出的头文件
  *****************************************************************************
  * @history
  *
  * 1. Date:2018-06-28
  *    Author:Zorb
  *    Modification:建立文件
  *
  *****************************************************************************
  */ #ifndef __ZF_DEBUG_H__ #define __ZF_DEBUG_H__ #ifdef __cplusplus extern "C" { #endif #include "stdio.h" #include "stdbool.h" #define LOG_D 0; /* 信息等级:正常 */ #define LOG_W 1; /* 信息等级:告警 */ #define LOG_E 2; /* 信息等级:错误 */ #define _ZF_DEBUG /* 定义调试功能 */ #define ZF_DEBUG_ON true /* 启用调试功能 */ #ifdef _ZF_DEBUG #if ZF_DEBUG_ON #define ZF_DEBUG(rank, x...) do     \
        {                                   \
            char code[10] = "[rank=0]";     \
            code[6] = '0' + (char)rank;     \ if (code[6] != '0')             \
            {                               \
                printf("%s", code);         \
            }                               \
            printf(x);                      \
        } while(0) #else #define ZF_DEBUG(rank, x...) #endif /* ZF_DEBUG_ON */ #endif /* _ZF_DEBUG */ #ifdef __cplusplus } #endif #endif /* __ZF_DEBUG_H__ */ /******************************** END OF FILE ********************************/ 

四、实现断言

在开发过程中,在关键地方进行一些断言,可以方便定位bug。

/**
  *****************************************************************************
  * @file    zf_assert.h
  * @author  Zorb
  * @version V1.0.0
  * @date    2018-06-28
  * @brief   断言的头文件
  *****************************************************************************
  * @history
  *
  * 1. Date:2018-06-28
  *    Author:Zorb
  *    Modification:建立文件
  *
  *****************************************************************************
  */ #ifndef __ZF_ASSERT_H__ #define __ZF_ASSERT_H__ #ifdef __cplusplus extern "C" { #endif #include "stdint.h" #define _ZF_ASSERT /* 定义断言功能 */ #define ZF_ASSERT_ON true /* 启用断言功能 */ #ifdef _ZF_ASSERT #if ZF_ASSERT_ON #define ZF_ASSERT(expression_) ((expression_) ?\
            (void)0 : ZF_assertHandle((uint8_t *)__FILE__, (int)__LINE__)); #else #define ZF_ASSERT(expression_) #endif /* ZF_ASSERT_ON */ #endif /* _ZF_ASSERT */ /* 断言产生时的处理 */ void ZF_assertHandle(uint8_t *pFileName, int line); #ifdef __cplusplus } #endif #endif /* __ZF_ASSERT_H__ */ /******************************** END OF FILE ********************************/ 

断言的处理很简单,就是告诉我们在哪个文件哪一行出错就可以,实现如下

/**
  *****************************************************************************
  * @file    zf_assert.c
  * @author  Zorb
  * @version V1.0.0
  * @date    2018-06-28
  * @brief   断言的实现
  *****************************************************************************
  * @history
  *
  * 1. Date:2018-06-28
  *    Author:Zorb
  *    Modification:建立文件
  *
  *****************************************************************************
  */ #include "zf_assert.h" #include "zf_debug.h" /******************************************************************************
 * 描述  :断言产生时的处理
 * 参数  :(in)-pFileName 文件名
 *         (in)-line 行数
 * 返回  :无
******************************************************************************/ void ZF_assertHandle(uint8_t *pFileName, int line) {
    ZF_DEBUG(LOG_E, "file:%s line:%d:asserted\r\n", pFileName, line); while (1);
} /******************************** END OF FILE ********************************/ 

五、建立时间系统

为了减少框架对资源的消耗,所以初步设定框架的最小时间周期为1ms,因此我们需要设置systick的定时周期为1ms,然后每次进入中断为我们的框架计数即可。

/******************************************************************************
 * 描述  :SysTick中断服务程序
 * 参数  :无
 * 返回  :无
******************************************************************************/ void SysTick_Handler(void) { /* 为zorb framework提供计时 */ ZF_timeTick();
}

现在时间系统提供的功能比较基础,只有系统滴答计数和系统死等待延时,后面我们开发定时器功能和任务功能的时候会重新扩展时间系统。

/**
  *****************************************************************************
  * @file    zf_time.h
  * @author  Zorb
  * @version V1.0.0
  * @date    2018-06-28
  * @brief   系统时间的头文件
  *****************************************************************************
  * @history
  *
  * 1. Date:2018-06-28
  *    Author:Zorb
  *    Modification:建立文件
  *
  *****************************************************************************
  */ #ifndef __ZF_TIME_H__ #define __ZF_TIME_H__ #ifdef __cplusplus extern "C" { #endif #include "stdbool.h" #include "stdint.h" /* 系统滴答周期(ms) */ #define ZF_TICK_PERIOD 1 /* 获取系统滴答数 */ #define ZF_SYSTICK() ZF_getSystemTick() /* 获取系统时间(ms) */ #define ZF_SYSTIME_MS() ZF_getSystemTimeMS() /* 系统延时(ms) */ #define ZF_DELAY_MS(ms_) do                            \
{                                                      \ if (ms_ % ZF_TICK_PERIOD)                          \
    {                                                  \
        ZF_delayTick((ms_ / ZF_TICK_PERIOD) + 1);      \
    }                                                  \ else \
    {                                                  \
        ZF_delayTick(ms_ / ZF_TICK_PERIOD);            \
    }                                                  \
} while(0) /* 获取系统滴答数 */ uint32_t ZF_getSystemTick(void); /* 获取系统时间(ms) */ uint32_t ZF_getSystemTimeMS(void); /* 系统延时 */ void ZF_delayTick(uint32_t tick); /* 系统滴答程序(需挂在硬件的时间中断里边) */ void ZF_timeTick (void); #ifdef __cplusplus } #endif #endif /* __ZF_TIME_H__ */ /******************************** END OF FILE ********************************/ 

六、最后

本篇实现的功能比较基础,但是整个框架开发的根基,后面所有扩展的功能都需要在此环境下进行开发。

搭建良好的调试输出环境,可以帮我们快速定位bug的所在,从而提高开发效率。



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