談一談單片機開發的幾種調試方案

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單片機開發過程中，有一個好的調試系統可以極大地提高開發效率。
舉個例子，做平衡系統時調節PID參數，你會選擇 修改參數–>編譯–>燒錄–>運行–>修改…，還是做一個功能可以一邊運行一邊修改參數呢？
調試的方法有多種，在這就來分別談一下我在開發過程中使用過的幾種調試方案。
這裏的調試方案也是一種交互方案，但此方案不是爲了交互而設計，重在快速地搭建、方便地使用、高效地調試，換句話說長得醜無所謂。

我們做調試工具追求的是什麼

做調試系統無非是爲了兩點：

1. 實時顯示一些必要信息。
2. 實時修改，其實也就是可以實時接收指令。

爲了提高開發效率，我們進一步希望：

1. 調試系統搭建起來方便快捷，最好可以統一標準，方便移植。
   我們不希望在調試系統上花費太多工作量，不要太複雜，儘量輕量級。
2. 直觀顯示，看得清楚。
3. 方便輸入，操作快捷。

幾種調試方案

1、加入屏和按鍵

最直接的方法就是在嵌入式系統中加入屏和按鍵，做出一個界面，顯示信息和接收按鍵指令。
【優點】跟隨系統，不需要依賴其他設備，可以隨時隨地調試。

【缺點】

1. 添加了硬件。硬件的設計和焊接還是需要花費一些精力的。
2. 構建界面同樣也要花費不少精力。
3. 顯示信息有限。
   加入的屏通常顯示內容比較少，會受到一些限制。
4. 按鍵功能有限。
   加入的按鍵通常也不會太多，並且如果我們考慮到長按、組合鍵等操作的話構建程序也是比較複雜的。

【總結】
肯定不能算輕量級，功能有限，可移植性差，花費精力多，屏需要額外費用。
唯一的優點就是跟隨系統，沒有其他依賴。

所以如果不是非要隨時調試的話不建議用這種方法，單純爲了調試來說代價還是比較大的。

2、串口+上位機

單片機自己不負責顯示，它把數據發送出去，由上位機顯示；也不負責按鍵檢測，由上位機負責並接收上位機指令。
單片機和上位機之間需規定好通信協議。

通信方式可以是串口也可以是其他，上位機可以是圖形也可以是命令行。

【優點】

1. 對單片機來說做到了一定的輕量級。只需要考慮發送數據和接收指令的協議。
2. 對於比較複雜的功能，好的上位機，尤其是圖形化的上位機可以很方便地調試。

【缺點】

1. 需要設計通信協議，雙方都要位通信協議寫代碼。這需要花費一定的精力。
2. 製作上位機需要花費較多的精力，並且上位機不通用。

【總結】
由於上位機在電腦上，有豐富的顯示和控制資源，做出一個好的上位機可以極其方便地提高效率。
但製作上位機要花費大量精力。

所以，如果上位機是作爲產品發佈，是值得花精力去做的；但如果僅僅是爲了調試時用一下，不值得這樣做。

到這裏有沒有注意到，其實我們是想找到一個通用的”顯示器”，能夠方便地把信息顯示出來。 顯示器是已經做好的，不需要我們再做什麼，通信協議儘可能簡單，最好能直接輸出。 後面我們會找到這麼一個好東西。

3、用樹莓派

用樹莓派進行關鍵計算，我們關心的數據都在樹莓派的程序裏。

由於樹莓派裏運行linux系統，在其連接網絡後，我們可以用局域網裏電腦的終端登陸樹莓派，在樹莓派的程序裏直接打印接口顯示出來。

注：
在命令行下打印數據並不一定是一行一行地輸出，也可以控制光標在指定位置輸出，構建出一個簡單的界面。這裏不做介紹，具體可搜索”控制檯編程”。
命令行下接收鍵盤操作也不一定非要輸入字符再回車，程序裏可以直接監測鍵盤。
總之在命令行中是可以構建出一個類似於 顯示屏+按鍵 組合的”設備”的。

【優點】

1. 終端就相當於是一個現成的、通用的顯示屏，任意可登陸ssh的終端都可使用。
2. 程序裏直接打印輸出！這真是太方便的，c語言中一個printf即可，相當於是一個極其簡單的通信協議。

【缺點】

1. 貴！一個小小的智能車都要塞個樹莓派，樹莓派價格都夠好多個智能車了。
2. 樹莓派本身是重量級。雖然程序本身是方便了，但使用之前需要配置樹莓派，雖然一個樹莓派只要配置一次。
3. 樹莓派本身硬件功能有限，有些功能樹莓派不能直接完成，還是需要藉助單片機，並和單片機通信。
   比如記錄車輪旋轉的正交編碼器，stm32有專門的硬件模塊完成，樹莓派沒有，如果樹莓派想要記錄車輪旋轉的話還是需要藉助stm32，並且設計如何獲取stm32記錄的數據。

【總結】

對於調試這一方面來說，樹莓派是非常方便的，輸出、輸入都是直接完成。
所以如果你的項目值得用樹莓派，那調試是非常方便的；如果不需要用樹莓派，光是爲了調試方便而使用是不建議的，請考慮上面3個缺點。

雖然樹莓派本身不一定最合適，但我們找到了方向——終端。

4、串口+通用終端工具

單片機能不能用終端呢？答案是肯定的。
有多種終端工具可以通過串口使用，比如windows自帶的超級終端，linux和osx下命令行裏的minicom，以及誇三個平臺的圖形化終端secureCRT。
這些終端工具的功能簡單來說就是：1、當某個按鍵按下立刻發送該按鍵的鍵碼出去，比如按下p鍵發送字符’p’。2、接收串口數據並顯示出來。

說明：

1. 這些終端工具的協議是相同的，可以認爲是通用的顯示器和鍵盤。
2. 單片機可以發送一些特殊字符串完成一些特殊操作，比如清屏、控制光標位置。利用這些功能可以構建出簡單的界面。
   這些操作功能已經封裝成了函數，會在本文後面給出。
3. 一般會先在單片機中實現printf功能，實現之後在程序中用printf即可直接在終端工具中顯示信息。
   實現printf功能的方法在這裏不介紹，具體可上網查找，工作量並不大。其實就是重定義一個函數，使printf函數通過指定串口輸出字符串。
4. 串口通過藍牙模塊可快速實現無線傳輸。

【優點】

1. 單片機端輕量級，上位機端無工作量。
   具體來說單片機端要做的事情有：初始化串口，重定向printf，通過特殊字符串控制光標構建界面。
2. 上位機端通用，單片機端顯示相關的代碼方便移植。
   本文後文會給出顯示相關的庫函數。
3. 硬件擴展幾乎沒有。

【缺點】

對比第1種方案，需要一臺電腦。其他方面都具有很大優勢。

【總結】

此方案是單片機開發調試的理想選擇。

下面會介紹如何在終端工具裏構建出界面。

如何構建終端工具裏的控制檯界面

1、構建界面用到的特殊字符串

字符(串)	功能	備註
\r	光標移到行首
\b	退格
“\033[2J”	清屏	清屏後光標還在原來位置
“\033[H”	光標復位，回到左上角（1行1列）
“\033[%d;%dH”, y, x	設置光標到y行x列	終端中的行和列都是從1開始數的
“\033[%dA”, y	光標上移y行
“\033[%dB”, y	光標下移y行
“\033[%dD”, x	光標左移x列
“\033[%dC”, x	光標右移x列
“\033[?25l”	隱藏光標	在secureCRT中測試無效
“\033[?25h”	顯示光標	在secureCRT中測試無效

2、封裝好的庫函數

使用這個庫函數的前提是：
1、主函數完成了串口初始化，串口功能正常使用。
2、重定向了printf函數，printf函數可通過串口輸出字符串。

disp.h文件：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

#ifndef __DISP_H__ #define __DISP_H__ /* 在主函數已經完成串口初始化，並且重定向printf函數之後， 這裏提供一些列函數用於操作終端工具顯示，可在終端工具裏構建界面。 */ #include <stm32f10x_lib.h> void disp_clean(void); void disp_cursor_reset(void); //復位光標位置，回到左上角（1行1列） void disp_gotoxy(int x, int y); //跳轉到y行x列，x和y都是從1開始數。 void disp_cursor_up(int y); //上移x行 void disp_cursor_down(int y); //下移y行 void disp_cursor_left(int x); //左移x列 void disp_cursor_right(int x); //右移x列 void disp_cursor_hide(void); //隱藏光標，在secureCRT中測試無效。 void disp_cursor_show(void); //顯示光標，在secureCRT中測試無效。 #endif

disp.c文件：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

#include <disp.h> #include <uart.h> #include <stdio.h> void disp_clean(void) { printf("\033[2J"); } void disp_cursor_reset(void) //復位光標位置，回到左上角 { printf("\033[H"); } void disp_gotoxy(int x, int y) //跳轉到y行x列 { printf("\033[%d;%dH", y, x); } void disp_cursor_up(int y) //上移x行 { printf("\033[%dA", y); } void disp_cursor_down(int y) //下移y行 { printf("\033[%dB", y); } void disp_cursor_left(int x) //左移x列 { printf("\033[%dD", x); } void disp_cursor_right(int x) //右移x列 { printf("\033[%dC", x); } void disp_cursor_hide(void) //隱藏光標 { printf("\033[?25l"); } void disp_cursor_show(void) //顯示光標 { printf("\033[?25h"); }

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