STM32Cube SWV實時跟蹤調試方法

之前的文章在講到調試的時候，一般都是大家熟悉的調試方法：通過打斷點，讓程序運行到某一個地方停下來，查看某些變量、寄存器等的狀態；單步運行，看程序的執行、跳轉是否跟預期一致；比較高級的是設置軟斷點，比如在讀寫某一個變量，或是某一變量值到達某種狀態時停下。這些方法有一個共同的特征，就是程序要停下來，讓我們觀察各種信息。

有沒有一種方法，程序在持續的運行，某些變量的值能夠持續的輸出給我們，甚至是通過圖表的形式給我們觀察，甚至是后期保存下來。這樣在某些情況下是更直觀的、更有效的一種調試方法。

這種方法當然是存在的，比如通常會利用單片機的某一個串口向外發送數據，再通過上位機串口調試軟件接收并顯示。除此之外，還有另一種方法，通過STM32系列單片機的SWV（Serial Wire Viewer）實時跟蹤技術來實現。

接下來我們通過一個簡單的例子，看看在CubeIDE下怎么通過單片機的SWV功能結合CubeIDE的ITM（Instrumentation Trace Macrocell）功能實現參數的實時跟蹤。需要說明的是，下面關于SWV實時跟蹤的功能介紹來源于CubeIDE的用戶手冊，覺得自己英文水平還行的可以直接去看手冊，更權威。

1. 端口配置

我們還是基于正點原子的F767開發板，在CubeMX里新建一個工程，具體設置見下圖。默認的Debug模式為JTAG，這里我們改為Trace Asynchronous Sw，調試模式改為SWD。這個時候PB3就會被使能，它的一個復用功能是SWO（Serial Wire Output），這個引腳配合SWD輸出實時跟蹤數據，也即實現了SWV功能。

2. 調試配置

用CubeIDE打開生成的工程，點擊菜單Run->Debug Configurations，新建一個調試配置文件，在調試器標簽頁里，接口選SWD，使能SWV，Core Clock處填內核實際運行頻率，這里是216 MHz。

接下來，連接開發板，進入調試模式。點擊菜單Window->Show View->SWV->SWV Trace Log，會在窗口下方打開SWV Trace Log標簽，如下圖。點擊Configure Trace圖標進行配置。

在配置窗口里我們使能PC Sampling，對內核PC（Program Counter）值進行采樣，分辨率16384 Cycles/sample的含義是每次采樣間隔16384個時鐘周期。這個值是默認的，考慮到SWO端口異步工作頻率為2 MHz，這個分辨率不能太小，否則數據量太大會造成堵塞。Timestamps必須被使能，好知道有事件發生了。后邊的預分頻值同樣與SWO數據量大小有關。

點擊SWV Trace Log標簽頁右方的Start Trace圖標，見下圖，并啟動調試，則會看到SWV Trace Log標簽頁會持續輸出PC Sample數據。

當然，除了輸出PC Sample數據之外，還可以配置輸出Configure Trace窗口里的各種事件發生的情況，也可以輸出某些變量值，甚至是把輸出的變量以圖表的形式輸出。具體配置方法可參考用戶手冊去研究。

3. 代碼利用printf重定向輸出消息

我們知道printf是C語言標準庫的函數，可以向屏幕打印字符串，嵌入式里一般被重定向到串口。在利用SWV進行調試時，我們可以把printf重定向到ITM的0通道，調試時，用戶代碼可以利用printf向外發送易讀的消息。

首先，Configure Trace里勾選0通道，見下圖。然后點擊CubeIDE菜單Window->Show View->SWV->SWV ITM Data Console，窗口下方會出現SWV ITM Data Console標簽頁，可以顯示ITM各通道輸出的信息。

接下來修改代碼，打開工程文件夾->Src->syscall.c文件，這個源文件里的函數配合C庫實現系統調用。找到_write函數，完成printf到ITM的重定向。修改如下：

__attribute__((weak)) int _write(int file, char *ptr, int len)
{
  int DataIdx;


  for (DataIdx = 0; DataIdx < len; DataIdx++)
  {
    //__io_putchar(*ptr++);
    ITM_SendChar(*ptr++);
  }
  return len;
}

當然，把注釋掉的那一行修改成串口發送的話，就能把printf重定向到串口。

在main.c的while循環里添加如下代碼：

while (1)
{
  HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_SET);
  printf("LED0 is offn");
  HAL_Delay(500);
  HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  printf("LED0 is onn");
  printf("%dn",counter++);
}

重新編譯，進入調試模式，則可以在SWV ITM Data Console標簽頁里看到如下打印信息。

4. 小結

基于STM32Cube生態的SWV實時跟蹤調試方法就介紹到這里。需要說明的是，此方法在硬件上需要留出SWD接口和SWO引腳，正點原子STM32F767核心板上的SWD接口沒有引出SWO引腳，所以連接核心板的SWD無法用到SWV功能，需要通過ST-Link連接底板上的20針JTAG接口實現。