IO 异常输出排查指南

Posted 2022-01-01 ybhuangfugui

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转自 | 鱼鹰谈单片机

在嵌入式开发过程中，IO 操作是不可避免的，很多时候 IO 操作很正常，但有些时候可能因为某些原因导致异常输出，或者说不是你想要的输出（本来应该一直输出高电平，突然出现一个低电平）。

1、时间太久，不知道在哪里操作了这个 IO
2、程序异常篡改 IO 输出。
3、维护别人的程序，代码太多，不知道哪些地方会修改这个 IO。

针对这些情况，本篇笔记鱼鹰将讨论如何快速排查异常输出问题（软件问题，非单片机本身问题）。

一、全局搜索

一般来说，IO 输出肯定有迹可查，比如我们可以全局搜索 GPIOB 和 GPIO_Pin_0 之类的。
当然，我们也可以借助 SI 之类的工具查看相关定义的使用情况。

总之，这个方法，比较笨，但对付一般的异常输出，问题不大。

二、断点神器

如果上述方法还是没法查出问题，那么只能请出我们的终极杀人王“火云邪神”，不，终极调试神器——断点出场了（关于该调试方法使用与介绍，可以查看历史笔记《打了多年的单片机调试断点到底应该怎么设置？| 颠覆认知》）

既然从源码很难分析这些问题，那就只能靠单片机本身提供的调试手段来查了。

比如，输出时，我们一般都会调用 GPIOB->BSRR 之类的寄存器设置高电平或低电平，所以我们可以使用我们的调试神器跟踪这个寄存器的写入情况，比如我们可以通过设置如下窗口跟踪 GPIOB->BSRR 写入情况：

（这里设置为 4 字节访问，是因为这里的寄存器是 32 位的）

当然，除了要查 BSRR，还有 BRR、ODR 等寄存器，还有别忘了，位绑定的地址操作。

总之，这些地址全部跟踪一遍，如果是软件问题，99% 都能查出来。

另外鱼鹰再教大家一个快速找到寄存器地址方法，比如在调试模式下，可以在命令行中输入下面这个，就能得到对应的地址，当然绑定地址只能通过变量中转一下了，或者直接看汇编代码也很快。

总之，找地址的方法很多，千万不要傻傻的自己手工算，不然怎么早点下班玩游戏啊。

而对于有些 IO 的配置莫名的改变了，比如输入变输出，输出变输入，那还要跟踪 CRL 、 CRH 寄存器。

该方法从根本上跟踪指令，基本上所有代码都将无所遁形（除了 DMA 的操作，不过一般人应该不会用 DMA 去控制 IO 吧），即使你的代码是指针或者其他骚操作，甚至是异常篡改 IO 寄存器这种情况。

如何避免？

一般来说，上面两种方法基本上就可以排查问题了，但是有些情况很复杂，就需要根据情况选择适合自己的方法了，方法二绝对是神器级别的，一般问题不大。

所以现在讨论一下怎么尽量避免这个问题。

1、每个 IO 操作尽量封装在单独一个函数中，或者使用一个枚举参数进行控制，比如一个枚举 OUT_PIN_LED，这样在全局搜索时，搜索这个函数或者枚举就可找出所有操作该 IO 的位置，这也是鱼鹰为什么要实现这个 IO 框架的原因之一（简单实用IO输入输出框架）。绝对不建议直接操作库函数或者寄存器。

2、使用 LCKR （锁定）寄存器。很多道友可能听说或者见过这个寄存器，但在实际项目中很少使用。事实上这个寄存器很有用处，特别是你不确定这个 IO 配置是否会被别人的代码修改的情况。如果很确定这个 IO 从始至终只会有一个配置（输入或输出等），那么建议大家在配置完后使用该寄存器锁定对应的引脚，这样，你就不怕别人意外修改这个 IO 的配置了（只要锁定了，就无法修改配置，除非重新上电）。之后你的关注点集中在 IO 输出即可，而不必怀疑配置被修改的可能。当然，在锁定这个 IO 之前的代码问题，可不敢保证。

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