系统调试信息的显示方法

摘要：提出在目标系统脱离开发系统运行时，如何通过串口在Windows的超级终端软件中显示调试信息的一个具体方法。该方法有助于改进调试质量、缩短调试周期。

1 ROM版本目标系统的调试问题

一般的目标系统在开发工具环境下的调试并不困难，但最终系统必须脱离开发工具独立运行，即使在开发工具环境下完全正常的系统，ROM版本也往往会出现各种问题。原因有两人：一是开发工具硬件环境和最终的目标硬件环境不完全相同；二是外部因素不同，实验室中无法模拟现场的很多外部条件。对于硬件的调试，可以使用示波器等仪器；对于软件的调试，一般方法则是显示软件运行中的各种信息（如变量）。

我们知道，C语言中的“printf（）”函数是学习C语言的人最了解和熟悉的一个函数。很多C语言教材一开始就以显示“hello word”字符串来描述C语言的基本特片，其中唯一的语句就是调用“printf （）”函数。虽然该函数可以在屏幕上输出信息，但一般的用户软件中只在调试时用它来显示某些中间变量的结果，一旦程序调试完成，就将其删除了，真正的应用信息（如菜单字符等）显示往往其他的输出函数。对于使用和学习C语言的程序员来说，printf（）由于可以同时输出不同类型的数据，因此，它的使用是软件调试的重要手段之一。

在TURBO C2.0编译器中，printf（）函数的实现依赖于操作系统。在嵌入式系统中，往往没有操作系统或者操作系统不提供这个功能，也可能没有显示输出部件，或显示设备的空间有限，只能用于显示应用信息。最常用的方法是通过目标系统的一个串口将信息发送给PC机来显示，PC机上可以使用Windows的“超级终端”软件接受和显示信息，如图1所示。

这种系统的硬件很简单，我们只说明软件的实现方法。为此，我们必须设计专用的、可以显示各种数据类型的printf（）函数，以达到从串口或其他途径输出信息的目的。一般的C函数不同，printf（）函数的参数数量和类型是可变的，这是编写该函数的难点。要解决这个难是，必须先了解C函数参数传递的原理。

2 C函数的参数传递原理

C语言是一种计算机程序设计语言。它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。因此，它的应用范围广泛，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。

C语言  avr单片机c语言高级程序设计是一种成功的系统描述语言，用C语言开发的UNIX操作系统就是一个成功的范例；同时C语言又是一种通用的程序设计语言，在国际上广泛流行。世界上很多着名的计算公司都成功的开发了不同版本的C语言，很多优秀的应用程序也都使用C语言开发的，它是一种很有发展前途的高级程序设计语言。

在大部分情况下，C语言是通过堆栈存储器来传递参数（也有例外，C51的小模式则通过寄存器传递参数）。对于非指针类型，传递的不是原来类型的数据，而是对参数进行了类型转换，如字符类型（char）变成整型（int）拷贝到堆栈中、浮点类型（float）变成双精度类型（double），如表1所列。表1中未列出的，则没有转换[4]。

表1

对于像字符数组之类的指针参数，是将指针拷贝到堆栈中，而不是将数组中的所有内容传送到堆栈中。比如，对函数fun（char *STr，int i,float &a）的调用：

char str[10]=“welcome”；

int i=100; float a=1.14;

……

fun（str,i,&a）；

各个参烽str,i在堆栈中按先右后左的次序存放，表2所列为调用函数fun（ ）开始时堆栈中的参数存放情况。此时函数fun（）的代码上尚未执行，函数中的局部变量也是在堆栈中，所以在函数执行结束后，局部变量将消失。

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表2 函数调用时的参数在堆栈中的存储情况（X86环境）

表2说明了两个问题：第一个问题是，每个参数在堆栈中的存储长度和参数的类型有关。对于指针类型参数，参数长度和编译模式有关：大模式下，地址包括段地址和偏移地址，共4字节；而小模式下，地址只有段内偏移，占2字节。第二个问题是，如果知道其中的一个参数地址和参数的类型，则可以得到任意参数的数值，并不需要知道参数的名称。比如在函数fun（）中，可用以下代码显示各个参数的内容：

　　void fun（char *str,int i,float *a）

　　{

　　void *p

　　p=&str;

　　printf（"str=%s",str）； p=（char **）p+1;

　　printf（"i=%d" （（int*）p））；p=（int *）p+1;

　　printf（"i=%d" *（（float *）p））；

　　}

3 PC机上的printf（）函数的设计实现

现在，可以编写自己的printf（）函数了。以下给出TC20编译环境下的具体实现代码，在其他环境下，可以根据该原理进行移植。也可以按位显示二进制数。对于其他类型，读者可以根据需要增删。

在实际应用中，可以修改其中的putchar（）函数，将字符发到串口，就可以达到上述目的了。这里我们编写的函数还增加了数字的二进制显示，这对于很多位域应用是很有用处的。

　　/*printf（）函数的实现代码，为和库函数区别，特在各函数前增加前缀“my”*/

　　void myprintf（char *fmt,…）

　　{

　　void *p;

　　char ch;

　　p=&fmt;p=（char**）p+1;/*指向堆栈中的下一个参数*/

　　while（1）{

　　while（（ch=*fmt++）！=‘%‘{/*读入格式字符串*/

　　if（ch= =‘0‘）return;

　　putchar（ch）；

　　};

　　ch=*fmt++;

　　switch（ch）{ /*格式字符分析*/

　　/*因为字符参数传递时也转换成整形参数传递，故同样处理*/

　　case ‘c‘:

　　case‘d‘:

　　case‘x‘:

　　case‘0‘:

　　case‘b‘:

　　if（ch= =‘c‘）myputchar（*（int *）p））；

　　if（ch= =‘d‘）myprintn（*（（int *）p），10）；

　　if（ch= =‘x‘）myprintn（*（（int *）p），16）；

　　if（ch= =‘o‘）myprintn（*（（int *）p），8）；

　　if（ch= =‘b‘）myprintn（*（（int *）p），2）；

　　p=（int）p+1; /*指针移动*/

　　break;

　　case‘s‘:

　　myputs（*（（char **）p））；

　　p=（char **）p+1; /*指针移动*/

　　break;

　　default;

　　};

　　}

　　}

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　　void myputs（char str） /*显示一个字符*/

　　{

　　while（（*str）！=‘0‘）myputchar（‘str++）；

　　}

　　/*显示任意进制的数值，b为二、八、十、十六等进制数*/

　　void myprintn（int,n,int b）

　　{

　　if（b= =16）{ myprintx（n）； return; }

　　if（n<0）{ myputchar（‘-‘）； n=-n; };

　　if（n/b）

　　myprintn（n/b,b）；

　　myputchar（n%b+‘0‘）；

　　}

　　void myprintx（int n） /*以十六进制显示1个数字*/

　　{

　　signed char i;

　　for（i=3;i>=0;i--）

　　if（（（n》i*4）&0x0f）>=10）

　　/*当10，11…时，显示‘a‘,‘b‘,…‘f‘,*/

　　myputchar（（（n》i*4）&0x0f）-10+‘a‘）；

　　else myputchar（（（n》i*4）&0x0f）+‘0‘）；

　　}

　　/*

　　*在很多嵌入式系统中，并不存在PC一样的标准显示设备，

　　*通过修改该函数，可以将字符“ch”发送到串口，或者目

　　*标系统中的LED、LCD等显示器件。这样，就可以在脱

　　*离开发系统情况下显示调试信息，从而调试目标系统的软

　　*件或硬件。

　　*/

　　void myputchar（int ch）

　　{

　　……；/*此函数可供修改，将字符“ch”送到SBUF或其他显示器件就可以了*/

　　}

4 超级终端软件的使用

超级终端，即计算机显示终端，是计算机系统的输入、输出设备。计算机显示终端伴随主机时代的集中处理模式而产生，并随着计算技术的发展而不断发展。迄今为止，计算技术经历了主机时代、PC时代和网络计算时代这三个发展时期，终端与计算技术发展的三个阶段相适应，应用也经历了字符哑终端、图形终端和网络终端这三个形态。超级终端是一个通用的串行交互软件，很多嵌入式应用的系统有与之交换的相应程序，通过这些程序，可以通过超级终端与嵌入式系统交互，使超级终端成为嵌入式系统的“显示器”。

打开Windows的“超级终端”软件，再打开“hypertrm”，新建一个终端会话。在该会话的“属性u35774设置u32456终端仿真”菜单下，将终端仿真类型设置为VT100[5]；在“属性u35774设置u32456终端设置u23383字符集”菜单下设置字符集为“ASCII”；在“属性u36830连接到u37197配置u24120常规u26368最快速度”下设置通信波特率和目录系统一致，并将该对话框下“仅以该速度连接打开”设置选中；在“属性u36830连接到u37197配置u36830连接u36830连接首选项”下设置传送数据位数、校验方式。

超级终端的原理是将用户输入随时发向串口（采用TCP协议时是发往网口，这里只说串口的情况），但并不显示输入。它显示的是从串口接收到的字符。所以，嵌入式系统的相应程序应该完成的任务便是：

1、将自己的启动信息、过程信息主动发到运行有超级终端的主机；

2、将接收到的字符返回到主机，同时发送需要显示的字符（如命令的响应等）到主机。

在用超级终端显示时，唯一要求发送的数据必须以ASCII码形式发送（上述printf（）函数就是如此）。如果要求交互式双向数据传送，请参考VT100文档[5]。对于字符和控制的说明，这里不再描述。