通过printf从目标板到调试器的输出

最近在SEGGER的博客上看到Johannes Lask写的一篇关于在调试时使用printf函数从目标MCU输出信息到调试器的文章，自我感觉很有启发，特此翻译此文并推荐给各位同仁。当然限于个人水平，有不当之处恳请指正。原文网址：https://blog.segger.com/getting-printf-output-from-target-to-debugger/

Erich Styger最近发布了一篇《关于如何使用ARM Cortex-M目标上的单线输出（SWO）添加控制台功能》的伟大教程。

这激发了我写一篇在嵌入式目标（包括SWO和RTT）上的调试输出（“printf”）实现的更普遍的文章。

从目标调试输出

有不同的方法来从目标应用程序获取调试输出。

自从早期嵌入式系统以来，已经有了硬件依赖的解决方案，如使用UART或USB CDC。但是应用程序可能已经使用了UART，CDC需要目标硬件上的USB堆栈和USB连接器。

第一个软件解决方案是semihosting。使用semihosting，CPU停止打印输出，并由调试器重新启动“幕后”操作。打印一个消息可能需要几毫秒到几百毫秒的时间，因为这是一个昂贵的操作。调试器需要意识到目标已经停止执行，读取寄存器和内存，写入内存，然后重新启动CPU。这意味着目标CPU在这段时间内不运行。因此，semihosting可以简单地不用于需要实时行为的应用，例如通信栈。另外，semihosting实现是依赖于调试器的，而使用semihosting的应用程序可能在没有连接调试器的情况下运行。

然后还有ARM的SWO跟踪端口和SEGGER的实时传输（RTT）。

单线输出

SWO是由ARM为Cortex-M3，M4和M7设备设计的单引脚接口。引脚可以使用标准调试连接器连接到调试探头，并与SWD接口（而不是JTAG）一起使用。目标MCU可以在CPU引脚上传输数据包，类似于UART TX引脚，时钟速率来自CPU时钟。在调试器上设置SWO需要知道CPU时钟速度。如果应用程序的某些部分在启动前必须在初始化之前进行输出，或者在应用程序运行时时钟速度发生变化，那么这一点尤为重要。SWO不会如semihosting发送输出那样停止CPU。通过SWO的输出速度取决于组态的SWO速度。数据分组，即调试输出分组，以特殊格式编码。这允许发送多达32个数据包类型（刺激），但也会导致一些协议开销，这将以10 MHz SWO速度将事情减慢到〜1.5 us / char。这意味着输出80个字符大约需要120个微秒。要在RTOS或中断程序中使用来自多个任务的SWO，在SWO输出期间应禁用中断，这可能会影响系统的实时行为。

尽管SWO最常用于打印调试消息。它也可用于记录中断进入/退出和功能进入/退出，定期对PC值或内存中的变量进行采样，或者用于事件通知。

Erich全面介绍了如何在调试消息中使用SWO，如何在目标上进行设置，以及如何在主机上获取输出。

实时传输

RTT是SEGGER的调试终端解决方案。它将SWO的优点与其他方法的特点相结合。RTT是一种仅用于软件的解决方案，而不是标准调试连接以外的目标设备上不需要额外的硬件。它可以与任何J-Link一起使用，即使使用诸如J-Link OB，OpenSDA或转换的ST-LINK等小型板载机型。

RTT允许非常高的传输速度，而不会影响目标的实时行为。没有协议开销，打印消息可以在一微秒或更短的时间内完成，基本上只需要做一个单个memcpy（）的时间。由于RTT的速度非常快，所以输出可以通过锁定中断来保证线程安全，而这种中断对系统的实时行为影响最小。当目标应用程序正在运行时，输出消息由J-Link读取并传输到主机。

与UART类似，RTT是双向的。您可以从主机向目标应用程序发送输入。双向通信允许您控制目标系统，而无需任何其他输入设备。使用RTT可以实现全功能终端。

RTT实现源代码可以自由地在任何系统中使用，提供功能和自由。

在主机上使用RTT是灵活并且容易的。J-Link软件包括可以与任何调试工具并行使用的RTT Viewer，一个GUI。您还可以使用Telnet客户端连接到调试会话（端口19031）并与目标进行通信。一些调试器甚至直接集成RTT。Embedded Studio和独立调试器Ozone可以在其终端窗口中通过RTT显示目标输出，并且不需要任何其他工具。

概要

printf调用与不同实现的速度比较

在从嵌入式目标执行SWO调试输出之前，只能使用低效或依赖硬件的方法。

使用SWO ARM设计了一个快速的解决方案。它重量轻且快速，但具有一些缩写，因为它仅在某些Cortex-M器件上可用，需要额外的引脚连接到MCU，并且是单向的。

RTT结合了SWO的所有优点，并增加了更多功能。它比SWO更快，不仅限于Cortex-M，允许通过标准调试连接进行双向通信，并且在任何需要系统的实时情况下都是最不具有干扰性的。

当您可以使用RTT时，没有任何理由使用SWO。