一、概述

????本文面向已經(jīng)懂得軟件基本操作的職業(yè)老手，如果是未使用過(guò)該軟件的小鮮肉，請(qǐng)移步基礎(chǔ)篇。這里以STM32芯片為例對(duì)工具進(jìn)行講解，其他品牌的芯片在調(diào)試方面上可能存在差異。

二、軟件說(shuō)明

????Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（μVision）將這些部分組合在一起。
????目前軟件對(duì)中文的支持不友好，不建議安裝網(wǎng)上的一些漢化包之類的。另外建立的工程文件路徑也盡量不要存在中文，否則可能會(huì)出現(xiàn)一些異常。
演示版本：5.24a

三、軟件使用

3.1 基本調(diào)試操作

????首先點(diǎn)擊"Debug->Start/Stop Debug Session"或下圖2位置，進(jìn)入調(diào)試。

????如果前面工程配置里選擇了復(fù)位調(diào)試，則進(jìn)入調(diào)試后，會(huì)停在main函數(shù)頭部

????復(fù)位（Reset）：對(duì)程序進(jìn)行復(fù)位操作，根據(jù)燒錄器不同的復(fù)位方式配置會(huì)觸發(fā)不同的復(fù)位類型。

????全速運(yùn)行（Run）：使當(dāng)前程序開始正常全速運(yùn)行，直到程序遇到斷點(diǎn)時(shí)停止。

????停止運(yùn)行（Stop）：當(dāng)程序全速運(yùn)行時(shí)，點(diǎn)擊此按鍵可停止程序運(yùn)行，停的是當(dāng)前點(diǎn)擊時(shí)的程序運(yùn)行位置。

????單步調(diào)試（Step）：根據(jù)當(dāng)前調(diào)試的窗口的語(yǔ)言，執(zhí)行單條語(yǔ)句。如果遇到函數(shù)，則會(huì)進(jìn)入函數(shù)內(nèi)部。如果是在反匯編窗口中，則只執(zhí)行一條匯編指令。

????單步跳過(guò)調(diào)試（Step Over）：如果是在C語(yǔ)言窗口中，則是按單條語(yǔ)句執(zhí)行，與單步調(diào)試不同的是，遇到函數(shù)不會(huì)進(jìn)入函數(shù)內(nèi)部，而是直接全速運(yùn)行函數(shù)，并跳到下一條語(yǔ)句。

????單步返回調(diào)試（Step Out）：如果是在C語(yǔ)言窗口中，則是直接全速運(yùn)行當(dāng)前函數(shù)后面所有內(nèi)容，直到函數(shù)返回上一級(jí)。

????插入/移除斷點(diǎn)：如果當(dāng)前光標(biāo)所在行未有斷點(diǎn)，則插入斷點(diǎn)（前提是當(dāng)前行可以插入，如果無(wú)法插入會(huì)顯示一個(gè)感嘆號(hào)），在有斷點(diǎn)的情況下則是移除斷點(diǎn)。插入斷點(diǎn)后，當(dāng)前行前面會(huì)有個(gè)紅圓表示斷點(diǎn)位置。也可以通過(guò)直接點(diǎn)擊紅圓位置進(jìn)行插入/移除斷點(diǎn)的操作。另一種斷點(diǎn)方式，是通過(guò)指令來(lái)控制，當(dāng)然也可以使用Keil提供的界面化操作，設(shè)置某個(gè)變量讀或?qū)憰r(shí)觸發(fā)斷點(diǎn)。不過(guò)目前貌似有部分芯片不支持這種操作。注：斷點(diǎn)最多只能打7個(gè)。

????使能/禁止斷點(diǎn)：開啟或禁止當(dāng)前光標(biāo)所在行的斷點(diǎn)。禁止后紅圓變成白圓。

????禁止所有斷點(diǎn)：禁止當(dāng)前所有的斷點(diǎn)。

????刪除所有斷點(diǎn)：刪除所有斷點(diǎn)。

3.1 調(diào)試窗口

• 變量查看窗口——Watch1，Watch2

????通過(guò)"View->Watch Windows->Watch1、Watch2"可以選擇打開Watch窗口，也可以在工具欄這里打開。再點(diǎn)擊一次則可以關(guān)閉。

????通過(guò)選中一個(gè)變量，右鍵添加入對(duì)應(yīng)的Watch窗口，可以追蹤查看當(dāng)前變量的變化狀態(tài)。注意，只有全局變量可以全程監(jiān)視，臨時(shí)變量只有在進(jìn)入當(dāng)前函數(shù)中才可監(jiān)視到其數(shù)據(jù)，用static關(guān)鍵詞修飾的變量無(wú)法監(jiān)視。

????如果當(dāng)前變量沒有實(shí)時(shí)更新，則需要點(diǎn)擊"View->Periodic Window Update"將其勾選上。

????在"Watch"窗口中，可以查看當(dāng)前變量名稱、值、數(shù)據(jù)類型，如果當(dāng)前變量類型為結(jié)構(gòu)體，則可以以對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行展開查看。

• 內(nèi)存查看窗口——Memory

????通過(guò)"View->Memory Windows->Memory1/2/3/4"打開Memory窗口，也可以通過(guò)工具欄
這個(gè)圖標(biāo)打開。打開的狀態(tài)下再按一次則可關(guān)閉。

????在Memory窗口中輸入想要查看內(nèi)存的起始地址，另外右上角的鎖可以把當(dāng)前界面鎖定下來(lái)。

????另外如果查看的是Ram的地址，那其中的數(shù)據(jù)也可以直接通過(guò)此窗口進(jìn)行修改。

• 系統(tǒng)視窗——System Viewer Windows（這個(gè)根據(jù)不同芯片會(huì)有不同的展示）

????可以在"Peripherals"選項(xiàng)欄中選擇"System Viewer"系統(tǒng)視窗中對(duì)應(yīng)的外設(shè)，選擇"Core Peripherals"則是內(nèi)核調(diào)試窗口。另外系統(tǒng)視窗也可以通過(guò)工具欄中這個(gè)位置可以打開。
????這個(gè)窗口用于查看當(dāng)前單片機(jī)外設(shè)及內(nèi)核寄存器的值，在調(diào)試外設(shè)底層時(shí)經(jīng)常會(huì)使用到。
????在這個(gè)窗口中可以直接修改外設(shè)寄存器的值，當(dāng)然部分只讀寄存器是無(wú)法修改的，有些則是需要在特定條件下才可以設(shè)置生效，具體就得看對(duì)應(yīng)的芯片手冊(cè)里寄存器的說(shuō)明了。

• 調(diào)度關(guān)系窗口——Call Stack Window

????可以在"View->Call Stack Window"打開此窗口，也可以在工具欄這個(gè)位置打開 。

????這個(gè)窗口用于查看當(dāng)前程序調(diào)度關(guān)系，當(dāng)出現(xiàn)有進(jìn)入硬件錯(cuò)誤異常調(diào)試時(shí)可以快速定位到是哪里觸發(fā)的異常。這個(gè)窗口是的調(diào)度關(guān)系是從當(dāng)前程序堆棧里獲取的數(shù)據(jù)并將其圖形化，所以如果當(dāng)前堆棧數(shù)據(jù)被破壞，則此窗口也將無(wú)法查看調(diào)度關(guān)系。
????該窗口里顯示的調(diào)度關(guān)系是從下至上調(diào)用的，最上面的表示當(dāng)前程序所處的函數(shù)。展開對(duì)應(yīng)的函數(shù)，可以查看各層調(diào)用函數(shù)跳轉(zhuǎn)之前保存的一些臨時(shí)變量等信息。

• 寄存器窗口——Register Window

????該窗口可在"View->Registers Window"處打開，也可以在工具欄這個(gè)位置打開。

????這個(gè)窗口用于查看當(dāng)前內(nèi)核的相關(guān)寄存器，如匯編里常說(shuō)的15個(gè)通用寄存器。當(dāng)然調(diào)試中比較常用的是其中的SP、LR、PC三個(gè)寄存器。SP為當(dāng)前棧的地址位置，PC為當(dāng)前程序地址，LR為函數(shù)跳轉(zhuǎn)前的地址，即當(dāng)前函數(shù)返回的地址。

????另外"Banked"中的MSP為當(dāng)前程序系統(tǒng)主棧，PSP則為操作系統(tǒng)的任務(wù)棧，這兩者的區(qū)別是，如果使用了操作系統(tǒng)，則當(dāng)前任務(wù)中的所有調(diào)度關(guān)系使用的是任務(wù)棧，而類似中斷這種內(nèi)核的操作使用的是主棧；如果未使用操作系統(tǒng)，則只會(huì)使用主棧，不會(huì)使用任務(wù)棧。

????通過(guò)"Internal"可以查看當(dāng)前是處在中斷還是任務(wù)中，Mode為"Thread"表示是在線程/任務(wù)中，或者是函數(shù)中（非中斷），為"Handle"表示是在中斷中；Privilege為"Privelege"表示當(dāng)前處于特權(quán)模式。Stack為"PSP"表示當(dāng)前使用的是任務(wù)棧，為"MSP"則表示使用的是主棧。

• 反匯編調(diào)試窗口——Disassembly Window

????該窗口在"View->Disassembly Window"中可以打開，也可以在工具欄中這個(gè)位置打開。

????該窗口是通過(guò)bin文件反匯編出來(lái)的匯編文件（匯編跟二進(jìn)制原本就是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系）。當(dāng)設(shè)置了優(yōu)化等級(jí)后，部分C語(yǔ)言的調(diào)試會(huì)變得困難（匯編跟C語(yǔ)言不是一一對(duì)應(yīng)，而程序運(yùn)行又是完全根據(jù)匯編來(lái)走的），此時(shí)可能需要使用匯編窗口進(jìn)行調(diào)試。

• 命令窗口——Command Window

????該窗口在"View->Command Window"中可以打開，也可能在工具欄這個(gè)位置打開。

????這個(gè)窗口可用來(lái)輸入一些控制命令，比如保存輸出當(dāng)前內(nèi)存地址等。在命令窗口中輸入如下導(dǎo)出指令，按下回車即可導(dǎo)出數(shù)據(jù)

save filename startAddr,endAddr

filename：導(dǎo)出數(shù)據(jù)的文件名，無(wú)論后綴是什么，導(dǎo)出的格式都是十六進(jìn)制文件。沒有輸入路徑時(shí)，文件自動(dòng)保存在當(dāng)前工程根目錄下。
startAddr, endAddr：需要導(dǎo)出數(shù)據(jù)的起始地址和結(jié)束地址，也可以通過(guò)表達(dá)式寫出來(lái)。

例如：

save ExportData.hex 0x08000000, 0x08000000+0x2000

• 函數(shù)地址表——Symbols Window

????該窗口在"View->Symbols Window"中打開，也可能在工具欄這個(gè)位置打開。

????可以查看當(dāng)前所有程序的函數(shù)調(diào)用關(guān)系及其所在地址。

• 串口調(diào)試窗口——Serial Windows

????該窗口在"View->Serial Windows"中打開，也可以在工具欄這個(gè)位置打開。

暫未使用過(guò)，后續(xù)再添加。

• 邏輯分析窗口——Analysis Windows

????該窗口在"View->Analysis Windows"中打開，也可以在工具欄這個(gè)位置打開。

????這個(gè)貌似只能在軟件模擬仿真中使用，如果使用硬件調(diào)試，需要硬件支持。

• 跟蹤窗口——Trace Windows

????該窗口可以在"View->Trace Windows"中打開，也可以在工具欄這個(gè)位置打開。
暫時(shí)未使用過(guò)，后續(xù)再添加。

四、調(diào)試應(yīng)用

• HardFault（硬件錯(cuò)誤）

????這個(gè)可以算是最常見的一個(gè)問題了，在開發(fā)過(guò)程中多多少少會(huì)遇到過(guò)程序死機(jī)的問題，而死機(jī)的大部分原因都是進(jìn)入的HardFault中斷，即常說(shuō)的硬件錯(cuò)誤中斷。要想知道這個(gè)怎么調(diào)試，首先得清楚這是什么，怎么觸發(fā)。
????觸發(fā)原因：內(nèi)存溢出，堆棧溢出，數(shù)組越界，中斷錯(cuò)誤，除0（在某些編譯器下會(huì)有錯(cuò)誤）等。前面三個(gè)，可以歸結(jié)為都是內(nèi)存異常操作導(dǎo)致，但因?yàn)槠涑霈F(xiàn)方式不一樣，所以調(diào)試方式也不同。
????從現(xiàn)象反推，當(dāng)出現(xiàn)這個(gè)錯(cuò)誤時(shí)，第一時(shí)間查看函數(shù)的調(diào)度關(guān)系，看最后是死在哪個(gè)位置。如果不是堆棧溢出，一般來(lái)說(shuō)是可以直接查到進(jìn)入硬件錯(cuò)誤前的最后執(zhí)行的代碼位置的。當(dāng)然內(nèi)存溢出跟數(shù)組越界也有可能導(dǎo)致無(wú)法查看調(diào)度關(guān)系，因?yàn)檫@個(gè)調(diào)度關(guān)系就是從程序運(yùn)行棧里取出數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，所以當(dāng)棧數(shù)據(jù)被破壞，則無(wú)法使用此方式進(jìn)行調(diào)試。
????知道死機(jī)位置后（其實(shí)大概率就是因?yàn)槟硞€(gè)異常指針的引用導(dǎo)致的問題），此時(shí)就去查找異常指針出現(xiàn)的原因。首先從邏輯層面看，異常指針是否是因?yàn)槟硞€(gè)邏輯給指針賦了個(gè)錯(cuò)誤值。
????其次是數(shù)據(jù)越界的角度來(lái)看，在Map文件中查找該指針的內(nèi)存地址，查看其內(nèi)存前后是否存在一些數(shù)組或結(jié)構(gòu)體，然后去檢查前后數(shù)組或結(jié)構(gòu)體的操作是否存在下標(biāo)溢出，指針偏移錯(cuò)誤等問題。
????還有最后一種，就是直接從內(nèi)存里獲取數(shù)據(jù)作為指針地址進(jìn)行引用，此類用法一般是在日志操作或GUI中比較常用，這種情況就要去內(nèi)存數(shù)據(jù)來(lái)源是否存在問題。
????除以上三種可能性外，還有一種可能對(duì)一些人是涉及知識(shí)盲區(qū)的，就是引用地址沒有地址對(duì)齊。這一部分是涉及內(nèi)核的一些知識(shí)。這里簡(jiǎn)單講下，對(duì)于M0內(nèi)核，指針引用地址需要根據(jù)其引用的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行對(duì)齊。比如以下代碼：

int main(void)
{
	uint32_t *p = 0x20000001;
	*p = 20;	/* 這句一執(zhí)行就會(huì)導(dǎo)致異常 */
}

還有一種是操作指針本身的地址沒有4字節(jié)對(duì)齊，也會(huì)出現(xiàn)問題。如下代碼：

/* 實(shí)際這樣子定義編譯器會(huì)報(bào)錯(cuò)（在Keil中編譯），這里只是為了直觀表示 */
uint32_t *p __attribute__((at(0x20000001)));
int main(void)
{
	p = 0x20000010;	/* 這句一執(zhí)行就會(huì)導(dǎo)致異常 */
}

• 復(fù)位

????復(fù)位有幾種類型，一是看門狗復(fù)位，二是軟件復(fù)位，三是硬件復(fù)位。復(fù)位類型可以通過(guò)芯片自帶的復(fù)位寄存器進(jìn)行查看。不過(guò)查看前需要手動(dòng)清除所有復(fù)位標(biāo)志，不然其復(fù)位標(biāo)志會(huì)一直保留著。
????先講下看門狗復(fù)位，當(dāng)單片機(jī)開啟看門狗后，很多問題都會(huì)變成復(fù)位問題，比如上面說(shuō)的HardFault，因?yàn)镠ardFault也是一個(gè)中斷，只是默認(rèn)中斷里是一個(gè)While(1)的死循環(huán)，所以當(dāng)進(jìn)入中斷后，一段時(shí)間沒有喂狗操作，就會(huì)觸發(fā)復(fù)位?；蛘咭恍┎僮飨萑胨姥h(huán)的，均是同理。這里我們把這一類問題都?xì)w為死循環(huán)問題。處理方式，先把看門狗關(guān)掉，然后調(diào)試看停在哪個(gè)死循環(huán)中，如果是HardFault，那就看上面硬件錯(cuò)誤的處理方式。如果是其他死循環(huán)，那就看是什么條件觸發(fā)的。死循環(huán)的問題相對(duì)來(lái)說(shuō)比較好找。
????另外一種比較難處理的看門狗復(fù)位問題，莫過(guò)于某些操作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致喂狗不及時(shí)。比如讀寫Flash時(shí)，通常會(huì)關(guān)閉中斷，當(dāng)大量讀寫時(shí)，其操作時(shí)間不可小靚，未開看門狗的情況下會(huì)有肉眼可見的程序卡頓，開了看門狗的情況下則通常會(huì)觸發(fā)程序復(fù)位。這種類型的問題，通過(guò)關(guān)閉看門狗可能也無(wú)法定位到具體位置，因?yàn)槌绦蜻€可以正常執(zhí)行，只是在某些程序段會(huì)變得比較卡頓。對(duì)于這種問題，最好的方式是通過(guò)代碼對(duì)比，通過(guò)對(duì)比原本沒出問題的代碼和出問題代碼的差異性，鎖定問題大體出現(xiàn)的位置，再通過(guò)程序執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行估算。也可以借助一個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器，在一些時(shí)間操作較長(zhǎng)的可疑之處計(jì)時(shí)。比如程序調(diào)用了某個(gè)底層未開源函數(shù)，那可以在調(diào)用前后打印定時(shí)器的計(jì)數(shù)，來(lái)計(jì)算函數(shù)運(yùn)行的時(shí)間。當(dāng)然也可以通過(guò)Keil自帶的調(diào)試計(jì)數(shù)值來(lái)計(jì)算運(yùn)行時(shí)間。
????軟件復(fù)位就比較好找了，一般是需要人為調(diào)試內(nèi)核的復(fù)位接口進(jìn)行復(fù)位，所以只要查看是哪些位置觸發(fā)的調(diào)用復(fù)位函數(shù)的條件就可以鎖定問題點(diǎn)。
????硬件復(fù)位就只能從外圍電路進(jìn)行切入了，考慮干擾、連錫等問題。當(dāng)然有些硬件復(fù)位是通過(guò)一個(gè)硬件看門狗進(jìn)行復(fù)位的，如果是這種應(yīng)用，那參考內(nèi)部看門狗的問題排查方式。

• 邏輯時(shí)序類調(diào)試

????時(shí)序類的用斷點(diǎn)調(diào)試法就很難做到了，特別是那種時(shí)序要求很嚴(yán)格的。就比如Modbus通信，協(xié)議是規(guī)定了一幀數(shù)據(jù)中每?jī)蓚€(gè)字節(jié)間隔時(shí)間不能超過(guò)1.5字符。所以想要在一幀數(shù)據(jù)中，按一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)斷點(diǎn)調(diào)試從機(jī)是不可能的，主機(jī)不會(huì)給你休息的時(shí)間。這時(shí)候就必須得添加一些測(cè)試代碼了，添加測(cè)試代碼最重要的一個(gè)原則，是不能變更原本的功能。所以一般在數(shù)據(jù)流向的關(guān)鍵路徑上添加一些監(jiān)控變量，通過(guò)監(jiān)控變量的變化來(lái)識(shí)別時(shí)序是否出現(xiàn)錯(cuò)誤。
????另外也可以使用邏輯分析窗口，把對(duì)應(yīng)的變量添加進(jìn)窗口中，通過(guò)時(shí)間變化查看變量對(duì)應(yīng)的變化關(guān)系，以此來(lái)判斷邏輯時(shí)序是否正常。

• 內(nèi)存調(diào)試

????如果有涉及boot或日志記錄功能的編寫，那肯定會(huì)涉及大量?jī)?nèi)存的對(duì)比及調(diào)試，這時(shí)候可以利用上面提到的小技巧，在命令窗口那里輸入save filename.hex StartAddr, EndAddr把對(duì)應(yīng)的內(nèi)存數(shù)據(jù)打印出來(lái)。

• 底層外設(shè)調(diào)試

????這個(gè)打開對(duì)應(yīng)外設(shè)的寄存器界面，對(duì)著芯片用戶手冊(cè)查看每個(gè)寄存器的功能進(jìn)行調(diào)試，只有對(duì)寄存器功能熟悉了才有對(duì)應(yīng)的調(diào)試手段。

五、注意事項(xiàng)

1、有時(shí)候在watch窗口中，變量值不會(huì)刷新，這時(shí)候就需要查看一下"View->Periodic Window Update"是否已勾選，如果沒勾選，變量只有在第一次添加或停止調(diào)試時(shí)才會(huì)刷新。另外當(dāng)窗口里一次性加載了一個(gè)很大的數(shù)組，當(dāng)展開數(shù)組時(shí)，變量刷新也會(huì)變得很慢，并且軟件會(huì)變卡頓。

2、當(dāng)選擇了非0級(jí)優(yōu)化時(shí)，調(diào)試可能會(huì)變得困難，具體表現(xiàn)在斷點(diǎn)調(diào)試。比如現(xiàn)在下面的代碼，代碼優(yōu)化的關(guān)系，有可能把case0、1、2里的return 1都合并成一行，導(dǎo)致運(yùn)行調(diào)試時(shí)，無(wú)論當(dāng)前程序進(jìn)入了哪個(gè)分支，使用斷點(diǎn)時(shí)都只會(huì)進(jìn)其中一個(gè)。所以當(dāng)開啟代碼優(yōu)化等級(jí)后，需要注意斷點(diǎn)調(diào)試將變得不可信。另外優(yōu)化編譯后，有部分代碼也將無(wú)法打斷點(diǎn)（被優(yōu)化的代碼）。

switch (xx)
{
	case 0:
	{
		do_something0();
		return 1;
	}
	case 1:
	{
		do_something1();
		return 1;
	}
	case 2:
	{
		do_something2();
		return 1;
	}
	default:
	{
		return 0;
	}
}

此時(shí)應(yīng)該去看匯編的實(shí)現(xiàn)，其執(zhí)行順序與匯編一致。

3、目前發(fā)現(xiàn)有部分工程在一些電腦上調(diào)試時(shí)，打斷點(diǎn)后在刪除斷點(diǎn)之前退出調(diào)試，會(huì)導(dǎo)致Keil崩潰，只能結(jié)束進(jìn)程重啟。

4、當(dāng)開啟內(nèi)部看門狗并且未打開調(diào)試關(guān)看門狗功能時(shí)，停止運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)復(fù)位。

5、在全速運(yùn)行時(shí)，有時(shí)打斷點(diǎn)會(huì)無(wú)效，取消斷點(diǎn)也無(wú)效，貌似是Keil本身的問題。

六、相關(guān)知識(shí)

????Keil5軟件使用-基礎(chǔ)使用篇、Keil5軟件使用-進(jìn)階工程配置篇、Keil軟件包-知識(shí)寶藏庫(kù)文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-777853.html

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