裸机编程与调试 - 在项目中遇到的各类问题，解决经验分享(常见新手问题)

 

目录

一、软件调试四个目标

二、裸机软件调试

三、裸机编程

五、单片机软件调试中常见的案例(杂记)

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往期系列文章：

1、裸机项目开发经验分享 - 完整开发流程介绍(项目规划与执行、器件选型、资料检索、产品测试思路等)

2、裸机项目代码设计与管理 - 项目程序的组织管理、设计优化思路等经验分享

3、裸机编程与调试 - 在项目中遇到的各类问题，解决经验分享(常见新手问题)

4、在实际开发项目中总结的硬件调试经验分享 - 调试目标、方法，以及常见调试问题解决

5、基于AltiumDesigner软件的PCB，原理图设计完整介绍，项目经验分享 [硬件开发设计]

6、硬件开发设计 - 焊接电路板，介绍焊接概念，焊接步骤，常见错误，难点等

7、电池供电应用中的电源设计：干电池特性了解、LDO与DC-DC选型设计、电流检测方案要点

 

虽然传闻，项目程序三分编写，七分调试；但在执行项目程序之前必须有良好的思路和规划，并不是胡乱一通写完，这样只会大大增加多余调试以及返工风险；

 

一、软件调试四个目标

*项目的开发时间基本用在调试与及BUG的修复（维护）

1、确保程序表达书写正确（多练）；

2、程序流程是否正确（中断正常跳入、触发一些条件时是否能进入相应的流程）；

3、变量的值是否正确（必要时可以观看寄存器的值）；

4、引脚的电平变化是否正确（示波器捉取）；

 

二、裸机软件调试

*积累寻找软硬故障的经验，当你积累上百个问题的时候，你会很自然地处理其它问题；

1、C语言的一般错误：内存泄漏（数组越界）、堆栈溢出、内存错误、字符串问题；

 

2、在定义变量后不要超过变量的作用范围，如果超过变量的范围赋值，C编译器并不报错，但程序运行结果却错了，而且这样的错误很难发现。

 

3、程序调试与硬件调试一样，需要分模块进行调试，软件更需要细分调试[硬件层（时钟、中断）、驱动层(IIC、SPI、UART、GPIO)、应用层(逻辑控制)]，程序的确定性比硬件高，不要害怕程序问题；

 

4、调试方法一般方法：演绎法、强制纠错法（转换语句表达）、串口打印；

 

5、单片机的时钟配置、看门狗时钟配置、中断设置、RAM初始化等在系统配置文件中执行，启动文件( 裸机的bootloader )；

 

6、裸机程序调试

    a、从GPIO输出输入开始检查（示波器检测高低电平波形是否正确）

    b、根据软件的控制程序去查看硬件表现是否正常；

     c、保证硬件连接无误再进行软硬联调；

    d、有时考虑硬件的干扰也是解决问题的关键（语音IC连线太长）

    e、配置顺序问题 - AD（开启时钟与上电使能顺序）；

    f、漏配置问题 - 时钟没启动、使能；

    g、延时问题 - 时钟频率没稳定，配置没稳定；

    h、时序问题；

 

7、调试过程中不同编译器对寄存器的操作有所不同;

    a、ARM仿真器进行仿真、调试时，不进行操作内部各种寄存器与状态寄存器还会改变；

    b、有的寄存器标志位在读取操作会改变；

    c、复位重启的重要性：地址的重装载；一些数据的重新初始化；寄存器标志位的清除；

 

8、善于利用串口打印运行信息，最简单也最有效；

 

9、程序使调试出来的吗：  http://blog.csdn.net/zhangxingping/article/details/6899293

 

10、查看堆栈溢出:    http://qshanbao.blog.ustc.edu.cn/?p=809

 

11、IO 口查看： http://blog.csdn.net/googlemi/article/details/38470565

 

 

12、解决问题的能力(心态十分重要)：

    a、冷静分析，捕捉更多的现象和解决方案；

    b、现象复现；

    c、对整个项目的完整把握，才能做出有效的分析！！！！(最稳重的解决思路)；

    d、解决问题的清晰思路十分重要；

    e、心态与技术同样重要；

 

13、清晰各种千奇百怪的错误的特征，积累以及解决；

 

三、裸机编程

1、准备工作

    a、成功的软件（demo）和硬件（开发板）；主要用于对比分析问题；

    b、有类似的调试经验能快速上手；

 

2、单片机内部空间有自己操作外设的ROM(利用指针函数触发一下，即可执行特定操作，用户无法了解其实现过程)；

 

3、先把前人的路演习一遍，然后构建自己的项目，后期不断把学习到的新东西应用在新项目上，不断优化自己的程序架构和形成风格；

 

4、编写程序命名 （标准）：

    a、函数名称：驱动层+芯片+部件+事件+操作；

    b、常量名称：功能+操作；

    c、变量名称：变量类型+功能+操作；

    d、对齐（函数段对齐）

    e、命名清晰

 

5、程序的模块化与函数不同：

     a、模块化是指将复杂的程序功能化整为零而成的功能块，一个模块可能由多个函数组成，可能只有一个模块，可能是紧密相连的代码块；

     b、函数是为了将需要多次使用的代码统一编写；

 

6、含中断的程序，易出BUG；用并行的想法去编写；调试时多思路去解决；

 

7、程序编写就是集成的过程，多看例程（积累的过程）；

 

8、使用程序状态标志变量的基本原则：默认状态->状态1->状态2->状态3->默认状态；

 

9、复用代码放在h文件，必须避免代码重复；

 

10、尽量以库函数接口形式编写函数，减少函数的耦合性(输入参数以及引用参数)；

 

11、形成标准以及自我风格的编写风格(命名、缩进、标注、对齐、文件架构等  参考成熟的代码文件)；

 

12、 程序尽量选用模板去编程，因为有很多设置会导致错误；

 

13、配置一个模块之前要了解以下几点：

    a、IC实现功能的原理以及结构简单了解；

    b、通讯接口以及协议，软件必须做到无一错误；

    c、一些注意事项，（无论硬件或者软件），往往是解决问题的关键；

    d、硬件连接图以及原理；

    e、应用场景以及选型优势；

    

14、单片机是一种面向流程化的开发；

    a、狭义上：初始化程序的按照一定的顺序才能被正确执行；

    b、广义上：必须确保每个流程都是定向的；

 

15、if与for函数如果只有一行代码，则可以省略符号{ }；“ 勘误：任何函数只有一行代码都可省略{ }”

 

16、GPIO的中断开关要控制好，不用的一定要习惯关上，会影响其他的中断；

 

17、注意编程软件自动把无用的语句自动清除(优化)，如定义变量没有使用；

 

18、变量必须需赋初值；静态变量不赋初值默认为零；

 

19、*（unsigned int *）0x002200 &= ~(1<<0);  左值必须为变量，可赋值的symbol; 

 

 

五、单片机软件调试中常见的案例(杂记)

1、单片机驱动最好参照官方以及成熟的例子，设计模式，不然会出很多岔子；

 

2、当你的程序较大时，就需要注意内存是否够用（常量与静态变量的储存）；

 

3、当中断多时切记注意栈的大小是否够用，不够用会造成数据的覆盖，导致程序崩溃；

 

4、申请大内存缓冲区必须慎重，尤其函数嵌套的栈内存不可估计，单片机内存宝贵，需要慎重使用。

 

5、*程序的死机原因（满足一定条件才触发，最难找出问题的出处，故编程时考虑排除问题的技巧设置）：

    a、指针越界；

    b、数组越界；

    c、使用memcpy( )；导致司机；

    d、导致死机的根本原因是误操作内存；

    e、RAM内存溢出；

    f、内存泄漏！

    g、读了只读内存；会导致死机；

    h、指针越界会导致死机；

 

6、节省ROM内存：

    a、换成裸机驱动；

    b、节省打印信息；

    c、使用外部EEPROM储存信息；

    d、多使用重复代码函数封装；

    e、手工代码优化： http://bbs.21ic.com/icview-734770-1-1.html ；

    f、编译器优化：1）编译压缩比： https://jingyan.baidu.com/article/546ae185d915971148f28c69.html ； 2）发行版本 

 

7、程序的压缩思路：

    a、减少重复代码(利用函数、宏定义等方式将重复代码封装)；

    b、删减，优化程序(删除调试信息输出)；

    c、调整编译器压缩比；

 

8、压缩程序思路：

   a、优化蓝牙控制引脚；

   b、清除错误表达与串口调试语句；

   c、换用裸机驱动；

   d、多使用重复代码函数封装；

 

9、一些时而出现时而好现象分析：

   a、 现象：AD睡眠后醒来读取不了数据； 解决：睡眠前解初始化，醒来后重新初始化；

   b、 现象：IIC通讯传感器，一半通讯正确，一半则无效；原因是原理图出错，导致通讯时地址有时有效，有时没效； 解决：示波器检查通讯的正常性；

 

10、中断向量读取标志->导致中断不断触发，主程序无法继续；

 

11、低功耗调试：

    a、功耗的产生的根本原因：1) 引脚之间存在电压差，电流不断流走 2) IC内部引脚的置高置低；

    b、IO配置模式(IIC外接上拉：需要配置上拉输出)；

    c、SPI配置空闲模式，下拉输出；

    d、其余配置空闲模式，下拉输出；

    e、掌握功耗的一些细节：

          1)mA级以上一般是模块一直在工作中；

          2)uA(百位级)：有如：(1)FLASH(品牌不对，导致驱动不匹配)；(2)模块配置正确(模块没接上，输出/输入要对应)；

          3)uA(百位以内)：重点考察模块配置出错；

    f、LED等产生的1mA功耗；

    g、中断引脚的低功耗处理；比如滑盖、按键在正常使用情况下为一直按下(接地状态)：

          1）GPIO配置为浮空，外部接2MΩ上拉电阻，消除高功耗；

 

12、仿真调试：

    a、一般驱动才会用到仿真，实时仿真少用；

    b、芯片深度睡眠难以仿真，采用实时调试；

 

13、宏定义定义的常量类型默认是int类型；

 

14、对地址进行强制转换类型（避免指针内存混乱）：(void*)  ->   (uint8_t *)

 

15、电源问题导致MCU与WIFI模块的串口通讯出现问题；

 

16、软件控制逻辑：

    a、当控制逻辑增加时，必然存在很多非正常操作导致的BUG，组合BUG、综合BUG的出现；

    b、尽量控制单线程控制，减少组合逻辑混乱，尽管限制单逻辑响应速度不够快；

 

17、蓝牙通信一些健壮性手段：a、重发机制；b、校验机制；c、等待超时；

 

18、切勿设置过多的标志位；尽量简化整个程序；

    a、busy标志位的重要和运用，占用与释放；

    b、全局标量转化为局部变量；

    c、全局标志位 转化为 函数的参数，这样增加了灵活性和降低复杂度；

 

20、AD的程序与例程的位置不一致(校准与分频要适才行)；

 

22、一定要消息数据类型的判断，别溢出，否则出现死机情况；

    a、定时器在不断地进行自增操作(unsigned char类型)，所以在系统运行一段时间后就出现死机，程序跑飞；

 

23、while(retry_Times--)；慎用，理清楚自减后的条件(先自减，再调用)；

 

24、PL2303波特率最高支持115200！！！！

 

25、SPI读写FLASH

    a、W25Q16/W25Q32通用；

    b、同一种类型，不同牌子的芯片可能会存在操作时序的差异；

    c、24C32/24C64，地址差异一个字节；驱动时注意时序操作；

 

26、单片机中断处理：

    a、中断函数一定要轻盈化，快进快出；

    b、中断不做任何处理(只做倒计时)，这样可以减少很多不可预见性的问题；

 

27、一些局部变量(自增或自减)，尽量添加volatile修饰，以防被编译器优化失效：

    a、加上volatile的情况：标志位、递减值、重要寄存器；

 

28、框架结构灵活：是以牺牲内存空间、架构臃肿为代价；

    a、兼容性的处理办法一般采用条件编译；

    

29、善用指针操作：

    a、利用指针自加操作，可以节省运行栈内存，运行速度更快；

    b、保存接收的数据，以防止被覆盖；

    c、善用指针能减少大量内存；

    

30、串口乱码缺失问题：

    a、刷新睡眠时间；

    b、优先开启串口初始化以及开启中断；

 

31、时得时不得的现象解决思路：

    a、考虑输入参数或者其他调用的参数出错，出现冲突；

    b、更换参数的表达方式；

    

32、独立调试的时候能成功，在文件中不能正常：

    a、原因，数据冲突，解决办法：使用全局变量时先清空；

 

33、蓝牙到APP数据出现断包现象；解决：更改串口接收条件；由超时退出变为检测+超时机制；

 

34、AD软件配置问题：

    a、分频数太大，导致AD检测存在不稳定状态；

    b、ADC初始化配置有误(一定要遵循官方的设计)；

 

35、keil编译器没有报错，下载程序后单片机不运行，原因是单片机内存不足导致；

 

36、按键不稳定，误触唤醒灯问题解决：

    a、将按键处理搬出中断处理；

    b、更换初始化标志变量；

    c、外加上拉、滤波电路；

    d、增加判断机制：如若唤醒后没有用户操作，执行立即睡眠；

    

37、影响堆栈的可能：

    a、全局变量、缓冲区、for循环、递归、函数的嵌套；

    b、keil自带启动代码模板，自动将剩余的data ram空间分配给栈；

    

38、LPC824 GPIO口配置问题：

    a、配置为消极模式后，唤醒需要增加配置GPIO复用功能，然后才能正常配置；

    

39、指纹模块调试：

    a、指纹重复录入；返回的错误代码不兼容新版本；

    b、开发过程中，模块的资料都是不断更新的，注意做适配；

    c、模块的问题；(指纹模块由于内存不足，导致不同手指录入都成功)；

    d、指纹头反应不灵敏，供电为生电导致的；

    e、电源波动导致指纹触摸失效；

    f、固件出错，部分指令失效；

    g、辨识度不够，无反应等问题；更新固件；

 

40、初始化顺序十分重要，千万不能随意更改，即使行得通，也会存在极大的隐患；

 

41、蓝牙锁板电路设计注意：

    a、电机与电源端接近，并且增加线路的横街面积；

    b、采用钽电容稳压；

    

42、BOD配置时睡眠时没有启动时钟，导致清除标志位失败，系统一直复位(系统唤醒后检查复位标志位，发现复位标志位有效则进行复位)；

    a、每一种外设都有对应的时钟开启，发现外设失效时首先考虑外设时钟是否正常；    

    

43、触摸按键的抗干扰设计：

    a、抗干扰设计(串入电阻、滤波电容接地)；

    b、电源RC滤波电路；

 

44、RFID读卡灵敏度调试：1）一、匹配电路  二、接收电路(滤波电容、匹配电阻)  三、LPCD参数调整；(唤醒幅度、接收放大)；

 

45、注意器件的上电初始化问题，一定的延时十分重要(指纹上电需要延时200ms才能正常发送指令)；

    

46、单片机的串口打印十分耗时；

    

47、IO复用问题：

    a、烧录引脚可以复用；

    b、复用思路：分时复用引脚；

    

48、keil搜索全词匹配，注意空格也算字符，搜索时有差异；

 

49、全局数组变量数据被踩踏，原因排查： 1）检查局部变量在某一时刻的定义是否栈溢出了；2）检查全局变量的定义是否过大；

 

51、PL2303波特率最高支持115200；

 

52、串口卡死不能打印，晶振频率不同，按照公式修改寄存器值；

 

53、RTC时钟问题，外部晶振配置问题；

 

54、MKL16看门狗问题：1)初始化必须在SystemInit(void),内完成； 2)SystemInit(void)；调用无法查看；

 

55、按键在主循环检测，注意与taskglobal的任务冲突，操作逻辑问题；

 

56、单片机栈空间很小，注意嵌套的局部变量累计超过栈空间(函数返回才会释放栈内存)，造成溢出；

 

57、strcat输入的第一个参数必须是确定大小的数组，指针会死机；

 

58、局部缓冲区定义过大(比如为1K)，全局数组变量空间数据会被修改！

 

59、IC、ID卡分类：

    a、频率：13.56Mhz  高频卡 卡号：4字节(一般都是这种)、7字节、10字节

    b、频率：125khz    低频卡 卡号：固定为10位

    c、TypeA：M1卡、银行卡、公交车卡  TypeB：身份证

 

60、FLASH读写速度比EEPROM更快；

 

61、理清字符串与数字之间的关系；ASCII与数字之间的关系；内存中储存形式一致，实质是解释不同；

 

62、函数传递进来的指针数据，应该尽量保存在本地，这样操作安全并且速度快；

 

63、选用for(;;) 比while(1)更节省空间；

 

64、有些情况寻找中间变量会更节省运行时间； 如a->b->c->age，引用过长，就需要引用中间变量;

 

65、同时声明多个变量优于单独声明变量；

 

66、数据域出错，全局变量覆盖；解决局部变量改全局变量；

 

67、一些头文件符号缺失或错误（不会出现在问题行，而是指向C文件）

 

68、GPIO口不能直接赋值，用setbit或resetbit

 

69、数值超出范围uint8_t uint16_t（integer conversion resulted in truncation）

 

70、stm8头文件定义在C文件或者h文件都是可行的

 

71、注意变量需要初始化（赋0），不赋值的话，初始值为随机值；

 

72、注意使用寄存器值的时候尽量用位与清零，尤其是复杂的程序时，防止不明导致寄存器值的变化，良好习惯；

 

73、使用memcpy（）；拷贝数组缓冲区不足，指针越界导致程序死机；

 

 

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