STM32调试利器之ITM

折腾了许久，终于把 ITM 调试搞定了。首先看看效果图：




是的，你没有看错，以上所有的窗口都是由MDK支持的。这也是为什么我执着于ITM调试的原因了，因为这种调试手段实在是太方便了啊。
相信很多朋友在开发的过程中都会遇到不少的BUG，那么如何定位BUG就成了关键。早期的时候，很多人习惯用printf函数进行开发调试，我也不例外，一直以来我都是把ST-LINK当成一个下载工具。但是当我知道了ST-LINK具有在线调试功能的时候，我就再也没用过printf这种效率低下的调试方式了，或许只有在51调试的时候我才会去用吧。
关于ST-LINK在线调试技巧我会另开小节专门讲述，这一小节主要解决的就是如何利用ITM进行调试。
首先明确一点，为什么要用ITM调试？它的优势在哪里？
四线制（VCC、GND、TMS/SWDIO、TCK/SWCLK）的在线调试功能其实已经相当的强大了，它可以读取各种寄存器的值；可以在线写入读取RAM、FLASH的值；可以设置断点；也可以利用数据观察点进行数据的存取定位，极大的方便了开发者的调试。但是还有一点却是四线制在线调试方式难以实现的，那就是对于程序运行过程时的跟踪功能。如果说四线制调试是一个相对静态的调试画面，那么ITM调试就是动态的！
STM32单片机实现指令跟踪的单元有ETM，这个是专门用来进行跟踪的，性能相当强大，每一条指令的运行都可以记录下来，这样用来分析BUG相当方便。但是它有一个很大的缺点是有些STM32单片机并没有搭载这个跟踪单元，而且这个跟踪单元需要很多条线进行数据传输，所以就有了折中（我猜的）方案ITM。
这个ITM调试只比四线制多一根线（JTDO）就可以实现对指令采样跟踪，还能使用逻辑分析仪、运行时间、串口调试等功能，就是上面几张图展现出来的，相当的厉害。
现在说点ITM比较实在的问题，之前用printf函数调试的时候，一般都会将它重定向串口，这样一来，你就浪费了两个资源和增加一堆麻烦事：
1、 两个IO口
2、 一个串口
3、 除此之外，你还要安装串口模块的驱动程序，还需要一个串口调试助手
4、 有的时候可能要发送波形数据，就还需要另外一个上位机软件支持
但是用了ITM，同样的串行输入输出功能，同样的波形展示功能，只要增加一根线，r然后在开发平台上设置好，统统搞定。而且因为ITM就是专业的调试工具，也就不存在浪费ITM一说了，因为你不利用的话，这才是真正的浪费。当然了，打印功能只是其中小部分功能，更强大的是它的跟踪功能。
裸机程序运行过程其实还是比较简单的，毕竟大部分程序都是在main函数中，只有少部分代码是中断。但是系统开发就不一样了，各个任务之间的切换变成了常态，一旦出现了BUG，将比裸机开发更难定位，因为你不知道是哪些任务之间产生了干扰。但是有了ITM就不一样了，你可以利用它来监控整个运行过程，一旦出现问题，你将能很快定位出问题的代码位置。
看图感受一下任务之间的切换：

说了这么多，是不是心里已经迫不及待的想要知道如何实现呢？那就接招吧。
首先硬件上，需要一个ST-LINK（或者J-LINK，这里以ST-LINK为例进行说明），这里说明的一点就是，别用下面这种ST-LINK：

这个坑货，害我不知道走了多少弯路，就是因为它把那个关键引脚下拉接地了_{接地了接地了}~~
导致引脚（JTDO）最终输出的波形是这样的：

看到没，电压直接下降了，导致信号识别出错。正确的电压应该是这样的：

看到Y（竖）坐标了没有，正常电压应该是非正常电压两倍还多~~~
强烈投诉卖家（虽然是公司买的，但我还是想投诉一下）。
还好当初阴差阳错的有人借走了这个ST-LINK，只能用J-LINK，然后一次就搞定ITM调试，不然我不知道要卡这里多久。
好了，牢骚说完了，进行正题，之前说了那种ST-LINK不能用，那你就别用呗，你找找其它的ST-LINK，只要这个LINK引出了VCC、GND、TMS/SWDIO、TCK/SWCLK、JTDO这5根线就可以试一试。如果你在进入Debug模式后能用示波器在引脚JTDO中得到上面正常的波形（这个波形会周期性的出现），那么硬件上就没啥问题了。学校实验室自制的ST-LINK（旁边的开发板也是实验室的作品，主控芯片STM32F103RET6）刚好少了这根线，所以只能引出这个引脚了：

现在看软件上怎么做。
打开一个STM32工程（我用的是STM32F103RET6主控芯片），选择调试器和模式：


然后开启跟踪功能（必须保证你的ST-LINK连接正常）：

搞定了。是的，你没看错，全部搞定了。
网上很多资料都说需要一个.ini文件，就是下面这个：

然后是对文件内容的解释：

事实上根本不需要，为啥，因为上面的操作

就已经将这个工作做好了，在你进入Debug模式的时候MDK就会通过ST-LINK将你的配置信息写入到对应的位置，是不是相当简单啊。
好了，下面点击下面这个图标：

就可以下载程序并进入Debug模式了，然后通过：

就可以开始你的调试之旅啦（上面图片为软件仿真模式下的界面，可能和硬件仿真界面不同，自行测试）。
好好分析这几个功能，你会发现相当棒！
然后再说说如何看波形，这个我会另写一章关于逻辑分析仪的使用。
通过下面的操作，就可以将curtime这个变量添加到逻辑分析仪中观察变化的波形了。

下面是在线仿真的波形：

然后看如何最简单的输出你的数据：

就是上面的这个函数，这个函数可以在core_cm4.h中找到，如果找不到这个文件，那就试试在KEIL安装路径下找，或者网上搜，总能找到的，把相关的代码复制到你自己的源文件就行了。
这个函数相当于串口字节发送函数，只不过串口字节发送函数是通过串口传输的，这里就通过JTDO这根线传输。然后你可能需要使用printf函数打印，那么重定向即可：

然后你可能会说我还想用scanf函数，满足你：

注意这里你要申明一个变量ITM_RxBuffer（这些函数都可以通过core_cm4文件找到），用于从键盘（你没看错，就是你打字的键盘）获取用户输入的数据，然后通过下面操作：

开启你的输出窗口，看输出效果：

OK！一切搞定。
还有另一种方法观察这种数据，就是通过ST-LINK Utility软件：

然后再上一张使用J-LINK调试器的ITM指令跟踪的图：

可以发现和ST-LINK还是有些区别的。

有些朋友可能境界比较高，已经开始进行操作系统级别的开发了，那么使用这种调试手段也是相当方便的。比如你用的是KEIL官方的RTX操作系统，调试更是方便之极，看下面的图你就知道它的强大之处了：

参考链接：嵌入式OS入门笔记-以RTX为案例：十.Keil的RTX调试支持
https://blog.csdn.net/raym0ndkwan/article/details/38539237
而如果你用的是uCOS系统，也有相关的软件支持，但目前我找不到对应的资料了，如果有同学知道是哪个软件，欢迎在QQ群留言。
后期我会单独用一小节讲述另一个调试利器：数据观察点，敬请期待！
还等什么，赶紧上车吧！

最后再补习一波调试知识资料参考，
参考《Cortex-M3权威指南》15-16章
参考STM32中文参考手册_V10 调试接口章节

看图：



STM32 使用 Keil MDK 中的软件逻辑分析仪参与硬件调试
https://blog.csdn.net/K_O_Carnivist/article/details/50322069
超详细的官方资料翻译，强烈建议好好看看上面这个链接。

参考链接：
http://bbs.elecfans.com/jishu_919293_1_1.html
https://www.cnblogs.com/qiufengmuye/p/7899840.html
http://www.keil.com/pack/doc/cmsis/core/html/group__itm__debug__gr.html#details

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