STM32F407开发板用户手册第8章 STM32F407的终极调试组件Event Recorder

Posted 2020-12-14 armfly

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第8章   STM32F407的终极调试组件Event Recorder

本章节为大家介绍终极调试方案Event Recoder，之所以叫终极解决方案，是因为所有Link通吃，支持时间测量，功耗测量，printf打印，RTX5及其所有中间件调试信息展示。

8.1 重要提示（必读）

8.2 Event Recorder简介

8.3 创建工程模板和注意事项

8.4 Event Recorder事件记录的实现

8.5 Event Recoder 实现printf重定向

8.6 Event Statistics 时间测量功能的实现

8.7 Event Statistics 功耗测量功能的实现

8.8 Event Recoder对RTX5及其所有中间件的支持

8.9 JLINK配置说明

8.10 STLINK配置说明

8.11 CMSIS-DAP配置说明

8.12 ULINK配置说明

8.13 配套例子

8.14 总结

 

 

8.1   重要提示（必读）

1.   只要是MDK支持的调试下载器，基本都支持Event Recorder，本教程测试了JLINK，STLINK和CMSIS-DAP。
2.   务必使用MDK5.25及其以上版本。
3.   使用ARM_Compiler 软件包V1.4.0及其以上版本。详情看此贴：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=87175 。
4.   CMSIS软件包 要是使用V5.3.0及其以上版本，详情本教程8.3小节末尾的说明。
5.   如果大家的MDK5.X应用不是很熟练的话，可以看论坛网友翻译的MDK5.X入门手册：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=31288。
6.   如果觉得看手册上手慢的话，可以直接看KEIL官方做的MDK入门系列视频，带中文字幕：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=82667 。
7.   为了实现Event Recorder组件的最高性能，最好将下载器的时钟速度设置到所支持的最大值，另外，根据需要加大EventRecorderConf.h文件中的缓冲大小，默认可以缓冲64个消息（动态更新的FIFO空间）。
8.   此调试组件不需要用到SWO引脚，使用标准的下载接口即可。以我们的开发板为例，用到VCC，GND，SWDIO，SWCLK和NRST。大家使用三线JLINK-OB也是没问题的，仅需用到GND，SWDIO和SWCLK。

8.2   Event Recorder简介

前面的专题教程中为大家讲解了使用SEGGER的RTT功能来替代串口打印，比较方便。只是这种方法限制用户必须使用JLINK才可以。而使用Event Recorder的话，无此限制，各种LINK通吃。只要是MDK支持的即可。

Event Recorder是MDK在5.22版本的时增加的功能，到了5.25版本后，这个功能就更加完善了，增加了时间测量和功耗测量的功能。

此调试组件不需要用到SWO引脚，使用标准的下载接口即可。以我们的开发板为例，用到VCC，GND，SWDIO，SWCLK和NRST。大家使用三线JLINK-OB也是没问题的，仅需用到GND，SWDIO和SWCLK。

 

•   JTAG接口和SWD接口区别

下图分别是20pin的标准JTAG引脚和SWD（ Serial Wire Debug）引脚，一般SWD接口仅需要Vref，SWDIO，SWCLK，RESET和GND五个引脚即可，SWO（Serial Wire Output）引脚是可选的。有了SWO引脚才可以实现数据从芯片到电脑端的数据发送。

JTAG接口

SWD接口

•  词条 SWV（Serial Wire Viewer）

SWV是由仪器化跟踪宏单元ITM(Instrumentation Trace Macrocell)和SWO构成的。SWV实现了一种从MCU内部获取信息的低成本方案，SWO接口支持输出两种格式的跟踪数据，但是任意时刻只能使用一种。两种格式的数据编码分别是UART（串行）和Manchester（曼彻斯特）。当前JLINK仅支持UART编码，SWO引脚可以根据不同的信息发送不同的数据包。当前M3/M4可以通过SWO引脚输出以下三种信息：

1. ITM支持printf函数的debug调用（工程需要做一下接口重定向即可）。ITM有32个通道，如果使用MDK的话，通道0用于输出调试字符或者实现printf函数，通道31用于Event Viewer，这就是为什么实现Event Viewer需要配置SWV的原因。
2. 数据观察点和跟踪DWT(Data Watchpoint and Trace)可用于变量的实时监测和PC程序计数器采样。
3. ITM 还附带了一个时间戳的功能：当一个新的跟踪数据包进入了ITM的FIFO 时，ITM 就会把一个差分的时间戳数据包插入到跟踪数据流中。跟踪捕获设备在得到了这些时间戳后，就可以找出各跟踪数据之间的时间相关信息。另外，在时间戳计数器溢出时也会发送时间戳数据包。

8.2.1        Event Recorder的特色

Event Recorder的特色主要有以下几点：

1. 提升应用程序动态执行期间的检测能力。
2. 支持的事件类型滤除机制，比如运行错误、API调用、内部操作和操作信息的区分。
3. 可以在任务中、RTOS内核中和中断服务程序中任意调用。
4. 对于带ITM功能的Cortex-M3/M4/M7/M33内核芯片，执行记录期间，全程无需开关中断操作。对于不带ITM功能的Cortex-M0/M0+/M23，是需要开关中断的。
5. 支持printf重定向。
6. 各种link通吃，支持SWD接口或者JTAG接口方式的JLINK、STLINK、ULINK和CMSIS-DAP。
7. 对于带DWT时钟周期计数器功能的Cortex-M3/M4/M7/M33内核芯片，创建时间戳时，可以有效降低系统负担，无需专用定时器来实现。
8. Event Recorder执行时间具有时间确定性，即执行的时间是确定的，而且执行速度超快，因此，实际产品中的代码依然可以带有这部分，无需创建debug和release两种版本。
9. RTX5及其所有中间件都支持Event Recorder调试。

8.2.2        Event Recorder是如何工作的

首先来看下面这张图：

 

在截图的左下角有个Memory内存区，在这个内存区里面有一个缓冲Event Buffer，其实就是一个大数组。MDK通过访问这个数组实现消息的图形化展示。为了正确的图形化展示，数组缓冲里面的数据就得有一定的数据格式。而这个数据格式就是通过左侧截图里面的Event Recorder和Event Filter来实现的。Event Recorder的API实现数据记录和整理，Event Filter的API实现数据的筛选，从而可以选择哪些数据可以在MDK的Event Recorder调试组件里面展示出来。

这就是Event Recorder的基本工作流程。

8.2.3  Event Statistics时间测量功能

Event Statistics提供的时间测量功能简单易用，在测试代码前后加上测量函数即可：

 

在本章教程程的8.6小节为大家详细进行了讲解。通过这个时间测量功能，用户可以方便测试代码的执行时间，从而根据需要，进行合理的优化，提高代码执行效率。

8.2.4  Event Statistics功耗测量功能

Event Statistics提供的功耗测量功能，当前只有KEIL的ULINKplus支持此功能，由于ULINKplus价格不便宜，一套5000多，大家作为了解即可，实际效果如下：

 

8.2.5  Event Recorder的实现原理

每条Event Recorder消息是由16字节的数据组成，32位的ID，32位的时间戳，两个32位的数据，共计16个字节。其中32位ID最重要，格式如下：

Level指定消息分类，主要用于消息筛选：

Component number指定事件消息所属的软件组件，也可用于过滤：

看了下Event Recorder的源码，每条消息大体是一样的：

typedef struct {
  uint32_t ts;                  // Timestamp (32-bit, Toggle bit instead of MSB)
  uint32_t val1;                // Value 1   (32-bit, Toggle bit instead of MSB)
  uint32_t val2;                // Value 2   (32-bit, Toggle bit instead of MSB)
  uint32_t info;                // Record Information
                                //  [ 7.. 0]: Message ID (8-bit)
                                //  [15.. 8]: Component ID (8-bit)
                                //  [18..16]: Data Length (1..8) / Event Context
                                //      [19]: IRQ Flag
                                //  [23..20]: Sequence Number
                                //      [24]: First Record
                                //      [25]: Last Record
                                //      [26]: Locked Record
                                //      [27]: Valid Record
                                //      [28]: Timestamp MSB
                                //      [29]: Value 1 MSB
                                //      [30]: Value 2 MSB
                                //      [31]: Toggle bit
} EventRecord_t;

其中参数成员info最重要，也就是前面说的32位ID，这里的说明与前面的说明稍有不同。这里是经过处理后，实际存储到Event Recorder缓冲里面的数据。

对于Event Recorder，大家了解了这些知识点基本就够用了。

8.3   创建工程模板和注意事项

Event Recorder工程的创建比较简单，这里分步为大家做个介绍。

•   第1步：准备好一个使用MDK5.25或以上版本创建的工程模板。

 

•   第2步：安装ARM_Compiler V1.4.0或以上版本（如果有最新版，直接安装最新的），详情见帖子：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=87175 。
•   第3步：打开MDK5.25或以上版本创建的RTE环境。

 

•   第4步：通过RTE环境，为工程添加Event Recorder功能。

 

•   第5步：为了实现printf重定向，我们需要将STDOUT的输出方式改为Event Recorder，即选项里面的EVR。

 

•   第6步：打开通过RTE环境为工程添加的文件EventRecorderConf.h，配置如下：

 

这里主要设置方框里面的两个参数。

Number of Records：表示Event Recorder缓冲可以记录的消息条数。

Time Stamp Source：表示时间戳来源，有如下四种可以选择，我们这里使用DWT时钟周期计数器。

 

由于选择的是DWT，因此EventRecorderCong.h文件中的Systick Configuration配置就不用管了。

==========================

通过上面的6步就完成了Event Recorder功能的添加，效果如下：

 

添加完成后，还有非常重要的两点要特别注意：

•   第1点：一定要使用当前最新的CMSIS软件包，当前是V5.4.0（随着时间的推移，如果升级了新版本，直接使用新版即可）。大家可以从这里下载：

http://www.keil.com/dd2/pack/ 。

 

下载并导入到MDK后，需要大家更新自己现有工程CMSIS文件里面的头文件，可以直接将CMSIS文件夹中Include文件里面的所有文件全部删掉，替换为MDK安装目录如下路径里面的所有头文件：

ARMPACKARMCMSIS5.4.0CMSISInclude。保证头文件都是最新的5.4.0版本。

•   第2点：由于使能了printf重定向，大家的工程里面一定不要再做重定向了，比如fpuc，fgetc。另外当前选择了微库MicroLib：

 

注意这两点后，就可以使用Event Recorder的功能了。

8.4   Event Recorder事件记录的实现

Event Recorder的使用也比较省事，这里也分步为大家进行说明：

•   第1步：初始化，仅需添加如下两行代码即可。

/* 初始化EventRecorder并开启 */
EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
EventRecorderStart();

•   第2步：调用Event Recorder的API就可以使用了，主要有以下三个API：

EventRecord2：可以发送两个32位数据。

EventRecord4：可以发送四个32位数据。

EventRecordData：可以发送字符串。

显然这三个函数没有printf使用方便，所以对于这三个函数，大家做个简单的了解即可。教程配套例子里面有调用到这三个函数，可以操作熟悉下。这三个API的说明是在对应的help文档中，即MDK安装目录路径：/ARM/PACK/Keil/ARM_Compiler/1.6.0/Doc/General/html/index.html。

 

•   第3步：进入调试状态，选上周期更新：

 

点击全速运行：

 

然后将Event Recorder调试组件展示出来：

 

效果如下：

 

另外，这里有个知识点需要大家了解下，如果程序里面也调用了Event Statistics时间测量函数，那么也会在这个界面里面展示消息的，如何才能仅展示大家想看的功能呢？这就需要用到Event Recorder支持的筛选功能。使用这个功能需要大家先暂停全速运行，然后点击下面这个选项：

 

弹出的界面里面可以设置哪些选项显示，哪些选项不显示（勾上表示显示），我们这里取消Event Statistics的显示，设置完毕后记得点击OK按钮。

 

这就不展示Event Statistics的内容了。再次启动全速运行前，下面这个选项的对勾别忘了勾上。

 

8.5   Event Recorder实现printf重定向

实现printf输出需要用到MDK调试组件中的Debug(printf) Viewer，输出效果就跟大家使用串口调试软件一样，可以输出中文和英文。

MDK的printf调试组件使用方法跟本章8.4小节中的说明一样，点击调试，选中周期运行，然后显示Debug(printf) Viewer调试组件：

 

效果如下：

 

另外，还有一个知识点需要给大家做个补充，使用SWD接口的SWO引脚也是可以做串口打印的，并且也是通过这个调试组件Debug(printf) Viewer进行输出。只是这种方式的性能没有Event Viewer强，而且要多占用一个SWO引脚。

 

关于SWO输出方式可以看此贴：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=526 。

8.6   Event Statistics 时间测量功能的实现

时间测量功能简单易用，仅需一个起始函数，一个停止函数即可。当前支持4组，每组支持16路测量，也就是可以同时测量64路。

时间测量的API函数支持多任务和中断里面随意调用。

1、  测量起始函数：EventStartG (slot) 或者EventStartGv (slot, val1, val2)

•   函数中的字母G是表示分组A，B，C，D，即实际调用函数为EventStartA，EventStartB，EventStartC和EventStartD。
•   函数的第一个形参slot的范围是0-15，也就是每个分组可以测试16路。
•   函数后面的两个形象val1和val2是32位变量，用户可以用这两个形参来传递变量数值给Event Statistics调试组件里面，方便图形化展示。简单的说，这两个变量仅仅起到一个传递变量数值的作用。

2、  测量停止函数：EventStopG (slot) 或者  EventStopGv (slot, val1, val2)

•   函数中的字母G是表示分组A，B，C，D，即实际调用函数为EventStopA，EventStopB，EventStopC和EventStopD。
•   函数的第一个形参slot的范围是0-15，也就是每个分组可以测试16路。
•   函数后面的两个形象val1和val2是32位变量，用户可以用这两个形参来传递变量数值给Event Statistics调试组件里面，方便图形化展示。简单的说，这两个变量仅仅起到一个传递变量数值的作用。

 

这里也分步为大家说明Event Statistics时间测量功能的使用方法。

•   第1步：初始化，仅需添加如下两行代码即可。

/* 初始化EventRecorder并开启 */
EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
EventRecorderStart();

•   第2步：在要测量的代码前后加上起始和结束时间。

EventStartA(0);
测量的代码部分
EventStopA(0);

这里是用分组A的测量通道0。

•   第3步：跟本章8.4小节讲解的一样，点击调试，选择周期更新选项，然后全速运行。
•   第4步：全速运行后，显示Event Statistics调试组件。

 

比如我这里简单的测试了一个5ms的延迟函数，效果如下（测量时间是动态更新的）：

 

另外要注意一点，微秒的时间单位us可能无法正常显示，这个是没有关系的：

 

8.7   Event Statistics 功耗测量功能的实现

当前仅KEIL自家的ULINKplus支持功耗测量功能，这款下载器不便宜，一套5000多，大家有个了解即可，我们这里就不做讲解了。

8.8   Event Recorder对RTX5及其所有中间件的支持

后面做RTX5及其所有中间件的教程时会为大家做讲解，这里让大家看下效果：

•   RTX5组件和使用Event Recoder的效果：

 

 

•   网络调试组件效果展示：

 

 

•   文件系统和USB协议栈的效果展示:：

 

8.9   JLINK配置说明

为了帮助大家更好的使用JLINK，这里将JLINK配置中关键的几个地方做个说明。

•   下面这个地方最重要，一定要正确设置当前系统工作的主频，如果不正确，会导致Event Statistics的时间统计不正确。

 

注：如果大家调试状态弹出SWD配置时钟超出范围的问题或者下面错误，可以考虑将上面截图中的Enable选项的对勾取消掉即可，但内核时钟一定要修改为芯片的主频。

 

另外，进入调试状态后，右下角的时间是否正常更新都没有关系：

 

•   其它选项配置如下（只要大家的工程能够正常调试，配置就是没问题的）：

 

 

 

 

8.10 STLINK配置说明

为了帮助大家更好的使用STLINK，这里将STLINK配置中关键的几个地方做个说明。

•   下面这个地方最重要，一定要正确设置当前系统工作的主频，如果不正确，会导致Event Statistics的时间统计是不正确的。

 

另外注意，进入调试状态后，右下角的时间是否正常更新都没有关系：

 

•   其它选项配置如下（只要大家的工程能够正常调试，配置就是没问题的）：

 

 

8.11 CMSIS-DAP配置说明

为了帮助大家更好的使用CMSIS-DAP，这里将CMSIS-DAP配置中关键的几个地方做个说明。

•   下面这个地方最重要，一定要正确设置当前系统工作的主频，如果不正确，会导致Event Statistics的时间统计不正确。

 

另外注意，进入调试状态后，右下角的时间是否正常更新都没有关系：

 

•   其它选项配置如下（只要大家的工程能够正常调试，配置就是没问题的）：

 

 

 

 

 

8.12 ULINK配置说明

由于手头没有ULINK，这里就不做讲解了。如果大家需要相关配置，按照前面小节三款LINK的配置照葫芦画瓢搞一下即可，或者在MDK安装目录的路径ARMHlp下有对应的文档说明：

 

8.13 配套例子

专题教程配套了三个例子，仅MDK版本。

下载地址：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=87176 。

•   STM32-V4开发板配套的例子是：V4-终极调试工具Event Recorder。
•   STM32-V5开发板配套的例子是：V5-终极调试工具Event Recorder。
•   STM32-V6开发板配套的例子是：V6-终极调试工具Event Recorder。

 

具体代码实现也比较简单，以V6开发板为例，定义一个TIM6的中断，中断频率是500Hz，通过Event Statistics测量中断的执行频率。代码如下：

#include "bsp.h"
#include "EventRecorder.h"




/* 定时器频率，500Hz */
#define  timerINTERRUPT_FREQUENCY    500

/* 中断优先级 */
#define  timerHIGHEST_PRIORITY        10

    
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: vEventRecorderTest
*    功能说明: 创建定时器
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void vEventRecorderTest(void)
{
    bsp_SetTIMforInt(TIM6, timerINTERRUPT_FREQUENCY, timerHIGHEST_PRIORITY, 0);
    EventStartB(0);    
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: TIM6_DAC_IRQHandler
*    功能说明: TIM6中断服务程序。
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void TIM6_DAC_IRQHandler( void )
{
    if(TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)
    {
        EventStopB(0);    
        EventStartB(0);    
        TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update);
    }
}

效果如下，测量的平均频率是1.98ms，与我们设计的500Hz基本符合：

 

应用程序的设计如下：

#include "bsp.h"            /* 底层硬件驱动 */
#include "EventRecorder.h"


/*
*********************************************************************************************************
*                                              函数和变量
*********************************************************************************************************
*/
extern void vEventRecorderTest(void);
uint8_t s_ucBuf[10] = "armfly";


/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: c程序入口
*    形    参：无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
    uint8_t ucKeyCode;        /* 按键代码 */
    uint32_t t0 = 0, t1 = 0, t2 = 0, t3 = 0, t4 = 0;


    /* 初始化EventRecorder并开启 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
    
    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */

    bsp_StartAutoTimer(0, 200);    /* 启动1个200ms的自动重装的定时器 */

    /* 测量中断周期 */
    vEventRecorderTest();
    
    /* 进入主程序循环体 */
    while (1)
    {
        bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */

        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer(0))    
        {
            EventStartA(0);   
            EventStopA(0);
            
            EventStartA(1);
            bsp_DelayMS(5);
            EventStopA(1);
            
            EventStartA(2);
            bsp_DelayMS(30);
            EventStopA(2);
            
            t0++;
            EventStartAv(3, t0, t0);
            bsp_DelayMS(30);
            EventStopAv(3, t0, t0);
        }

        /* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现，我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */
        ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
        if (ucKeyCode != KEY_NONE)
        {
            switch (ucKeyCode)
            {
                case KEY_DOWN_K1:            /* K1键按下 */
                    t1 += 1;
                    t2 += 2;
                    EventRecord2(1+EventLevelAPI, t1, t2);
                    t3 += 3;
                    t4 += 4;
                    EventRecord4(2+EventLevelOp, t1, t2, t3, t4);
                    EventRecordData(3+EventLevelOp, s_ucBuf, sizeof(s_ucBuf));
                    break;

                case KEY_DOWN_K2:            /* K2键按下 */
                    printf("K2按键按下
");
                    break;

                case KEY_DOWN_K3:            /* K3键按下 */
                    printf("K3按键按下
");
                    break;

                default:
                    /* 其它的键值不处理 */
                    break;
            }
        }
    }
}

应用程序里面主要实现了三个功能：

•   利用测量分组A实现4路时间的测量（第1路什么也没有测量，可以用来表示这两个函数本身执行占用的时间）。每100ms测量一次时间，效果如下：

 

•   利用函数EventRecord2，EventRecord4和EventRecordData发送消息事件。按下按键K1进行更新，效果如下：

 

•   基于Event Recorder的printf重定向。按下按键K2或者K3会打印消息，效果如下：

 

8.14 总结

Event Recoder还是非常实用的，建议大家多使用几次，熟练掌握。基本用上几次就上瘾，离不开了，的确是工程调试的利器。