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第8章 STM32F407的终极调试组件Event Recorder
本章节为大家介绍终极调试方案Event Recoder，之所以叫终极解决方案，是因为所有Link通吃，支持时间测量，功耗测量，printf打印，RTX5及其所有中间件调试信息展示。
8.1 重要提示（必读）
8.2 Event Recorder简介
8.3 创建工程模板和注意事项
8.4 Event Recorder事件记录的实现
8.5 Event Recoder 实现printf重定向
8.6 Event Statistics 时间测量功能的实现
8.7 Event Statistics 功耗测量功能的实现
8.8 Event Recoder对RTX5及其所有中间件的支持
8.9 JLINK配置说明
8.10 STLINK配置说明
8.11 CMSIS-DAP配置说明
8.12 ULINK配置说明
8.13 配套例子
8.14 总结
8.1 重要提示（必读）
- 只要是MDK支持的调试下载器，基本都支持Event Recorder，本教程测试了JLINK，STLINK和CMSIS-DAP。
- 务必使用MDK5.25及其以上版本。
- 使用ARM_Compiler 软件包V1.4.0及其以上版本。详情看此贴：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=87175 。
- CMSIS软件包 要是使用V5.3.0及其以上版本，详情本教程8.3小节末尾的说明。
- 如果大家的MDK5.X应用不是很熟练的话，可以看论坛网友翻译的MDK5.X入门手册：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=31288。
- 如果觉得看手册上手慢的话，可以直接看KEIL官方做的MDK入门系列视频，带中文字幕：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=82667 。
- 为了实现Event Recorder组件的最高性能，最好将下载器的时钟速度设置到所支持的最大值，另外，根据需要加大EventRecorderConf.h文件中的缓冲大小，默认可以缓冲64个消息（动态更新的FIFO空间）。
- 此调试组件不需要用到SWO引脚，使用标准的下载接口即可。以我们的开发板为例，用到VCC，GND，SWDIO，SWCLK和NRST。大家使用三线JLINK-OB也是没问题的，仅需用到GND，SWDIO和SWCLK。
8.2 Event Recorder简介
前面的专题教程中为大家讲解了使用SEGGER的RTT功能来替代串口打印，比较方便。只是这种方法限制用户必须使用JLINK才可以。而使用Event Recorder的话，无此限制，各种LINK通吃。只要是MDK支持的即可。
Event Recorder是MDK在5.22版本的时增加的功能，到了5.25版本后，这个功能就更加完善了，增加了时间测量和功耗测量的功能。
此调试组件不需要用到SWO引脚，使用标准的下载接口即可。以我们的开发板为例，用到VCC，GND，SWDIO，SWCLK和NRST。大家使用三线JLINK-OB也是没问题的，仅需用到GND，SWDIO和SWCLK。
- JTAG接口和SWD接口区别
下图分别是20pin的标准JTAG引脚和SWD（ Serial Wire Debug）引脚，一般SWD接口仅需要Vref，SWDIO，SWCLK，RESET和GND五个引脚即可，SWO（Serial Wire Output）引脚是可选的。有了SWO引脚才可以实现数据从芯片到电脑端的数据发送。
JTAG接口
SWD接口
- 词条 SWV（Serial Wire Viewer）
SWV是由仪器化跟踪宏单元ITM(Instrumentation Trace Macrocell)和SWO构成的。SWV实现了一种从MCU内部获取信息的低成本方案，SWO接口支持输出两种格式的跟踪数据，但是任意时刻只能使用一种。两种格式的数据编码分别是UART（串行）和Manchester（曼彻斯特）。当前JLINK仅支持UART编码，SWO引脚可以根据不同的信息发送不同的数据包。当前M3/M4可以通过SWO引脚输出以下三种信息：
- ITM支持printf函数的debug调用（工程需要做一下接口重定向即可）。ITM有32个通道，如果使用MDK的话，通道0用于输出调试字符或者实现printf函数，通道31用于Event Viewer，这就是为什么实现Event Viewer需要配置SWV的原因。
- 数据观察点和跟踪DWT(Data Watchpoint and Trace)可用于变量的实时监测和PC程序计数器采样。
- ITM 还附带了一个时间戳的功能：当一个新的跟踪数据包进入了ITM的FIFO 时，ITM 就会把一个差分的时间戳数据包插入到跟踪数据流中。跟踪捕获设备在得到了这些时间戳后，就可以找出各跟踪数据之间的时间相关信息。另外，在时间戳计数器溢出时也会发送时间戳数据包。
8.2.1 Event Recorder的特色
Event Recorder的特色主要有以下几点：
- 提升应用程序动态执行期间的检测能力。
- 支持的事件类型滤除机制，比如运行错误、API调用、内部操作和操作信息的区分。
- 可以在任务中、RTOS内核中和中断服务程序中任意调用。
- 对于带ITM功能的Cortex-M3/M4/M7/M33内核芯片，执行记录期间，全程无需开关中断操作。对于不带ITM功能的Cortex-M0/M0+/M23，是需要开关中断的。
- 支持printf重定向。
- 各种link通吃，支持SWD接口或者JTAG接口方式的JLINK、STLINK、ULINK和CMSIS-DAP。
- 对于带DWT时钟周期计数器功能的Cortex-M3/M4/M7/M33内核芯片，创建时间戳时，可以有效降低系统负担，无需专用定时器来实现。
- Event Recorder执行时间具有时间确定性，即执行的时间是确定的，而且执行速度超快，因此，实际产品中的代码依然可以带有这部分，无需创建debug和release两种版本。
- RTX5及其所有中间件都支持Event Recorder调试。
8.2.2 Event Recorder是如何工作的
首先来看下面这张图：
在截图的左下角有个Memory内存区，在这个内存区里面有一个缓冲Event Buffer，其实就是一个大数组。MDK通过访问这个数组实现消息的图形化展示。为了正确的图形化展示，数组缓冲里面的数据就得有一定的数据格式。而这个数据格式就是通过左侧截图里面的Event Recorder和Event Filter来实现的。Event Recorder的API实现数据记录和整理，Event Filter的API实现数据的筛选，从而可以选择哪些数据可以在MDK的Event Recorder调试组件里面展示出来。
这就是Event Recorder的基本工作流程。
8.2.3 Event Statistics时间测量功能
Event Statistics提供的时间测量功能简单易用，在测试代码前后加上测量函数即可：
在本章教程程的8.6小节为大家详细进行了讲解。通过这个时间测量功能，用户可以方便测试代码的执行时间，从而根据需要，进行合理的优化，提高代码执行效率。
8.2.4 Event Statistics功耗测量功能
Event Statistics提供的功耗测量功能，当前只有KEIL的ULINKplus支持此功能，由于ULINKplus价格不便宜，一套5000多，大家作为了解即可，实际效果如下：
8.2.5 Event Recorder的实现原理
每条Event Recorder消息是由16字节的数据组成，32位的ID，32位的时间戳，两个32位的数据，共计16个字节。其中32位ID最重要，格式如下：
Level指定消息分类，主要用于消息筛选：
Component number指定事件消息所属的软件组件，也可用于过滤：
看了下Event Recorder的源码，每条消息大体是一样的：
typedef struct { uint32_t ts; // Timestamp (32-bit, Toggle bit instead of MSB) uint32_t val1; // Value 1 (32-bit, Toggle bit instead of MSB) uint32_t val2; // Value 2 (32-bit, Toggle bit instead of MSB) uint32_t info; // Record Information // [ 7.. 0]: Message ID (8-bit) // [15.. 8]: Component ID (8-bit) // [18..16]: Data Length (1..8) / Event Context // [19]: IRQ Flag // [23..20]: Sequence Number // [24]: First Record // [25]: Last Record // [26]: Locked Record // [27]: Valid Record // [28]: Timestamp MSB // [29]: Value 1 MSB // [30]: Value 2 MSB // [31]: Toggle bit } EventRecord_t;
其中参数成员info最重要，也就是前面说的32位ID，这里的说明与前面的说明稍有不同。这里是经过处理后，实际存储到Event Recorder缓冲里面的数据。
对于Event Recorder，大家了解了这些知识点基本就够用了。
8.3 创建工程模板和注意事项
Event Recorder工程的创建比较简单，这里分步为大家做个介绍。
- 第1步：准备好一个使用MDK5.25或以上版本创建的工程模板。
- 第2步：安装ARM_Compiler V1.4.0或以上版本（如果有最新版，直接安装最新的），详情见帖子：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=87175 。
- 第3步：打开MDK5.25或以上版本创建的RTE环境。
- 第4步：通过RTE环境，为工程添加Event Recorder功能。
- 第5步：为了实现printf重定向，我们需要将STDOUT的输出方式改为Event Recorder，即选项里面的EVR。
- 第6步：打开通过RTE环境为工程添加的文件EventRecorderConf.h，配置如下：
这里主要设置方框里面的两个参数。
Number of Records：表示Event Recorder缓冲可以记录的消息条数。
Time Stamp Source：表示时间戳来源，有如下四种可以选择，我们这里使用DWT时钟周期计数器。
由于选择的是DWT，因此EventRecorderCong.h文件中的Systick Configuration配置就不用管了。
==========================
通过上面的6步就完成了Event Recorder功能的添加，效果如下：
添加完成后，还有非常重要的两点要特别注意：
- 第1点：一定要使用当前最新的CMSIS软件包，当前是V5.4.0（随着时间的推移，如果升级了新版本，直接使用新版即可）。大家可以从这里下载：
http://www.keil.com/dd2/pack/ 。
下载并导入到MDK后，需要大家更新自己现有工程CMSIS文件里面的头文件，可以直接将CMSIS文件夹中Include文件里面的所有文件全部删掉，替换为MDK安装目录如下路径里面的所有头文件：
ARMPACKARMCMSIS5.4.0CMSISInclude。保证头文件都是最新的5.4.0版本。
- 第2点：由于使能了printf重定向，大家的工程里面一定不要再做重定向了，比如fpuc，fgetc。另外当前选择了微库MicroLib：
注意这两点后，就可以使用Event Recorder的功能了。
8.4 Event Recorder事件记录的实现
Event Recorder的使用也比较省事，这里也分步为大家进行说明：
- 第1步：初始化，仅需添加如下两行代码即可。
/* 初始化EventRecorder并开启 */ EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U); EventRecorderStart();
- 第2步：调用Event Recorder的API就可以使用了，主要有以下三个API：
EventRecord2：可以发送两个32位数据。
EventRecord4：可以发送四个32位数据。
EventRecordData：可以发送字符串。
显然这三个函数没有printf使用方便，所以对于这三个函数，大家做个简单的了解即可。教程配套例子里面有调用到这三个函数，可以操作熟悉下。这三个API的说明是在对应的help文档中，即MDK安装目录路径：/ARM/PACK/Keil/ARM_Compiler/1.6.0/Doc/General/html/index.html。
- 第3步：进入调试状态，选上周期更新：
点击全速运行：
然后将Event Recorder调试组件展示出来：
效果如下：
另外，这里有个知识点需要大家了解下，如果程序里面也调用了Event Statistics时间测量函数，那么也会在这个界面里面展示消息的，如何才能仅展示大家想看的功能呢？这就需要用到Event Recorder支持的筛选功能。使用这个功能需要大家先暂停全速运行，然后点击下面这个选项：
弹出的界面里面可以设置哪些选项显示，哪些选项不显示（勾上表示显示），我们这里取消Event Statistics的显示，设置完毕后记得点击OK按钮。
这就不展示Event Statistics的内容了。再次启动全速运行前，下面这个选项的对勾别忘了勾上。
8.5 Event Recorder实现printf重定向
实现printf输出需要用到MDK调试组件中的Debug(printf) Viewer，输出效果就跟大家使用串口调试软件一样，可以输出中文和英文。
MDK的printf调试组件使用方法跟本章8.4小节中的说明一样，点击调试，选中周期运行，然后显示Debug(printf) Viewer调试组件：
效果如下：
另外，还有一个知识点需要给大家做个补充，使用SWD接口的SWO引脚也是可以做串口打印的，并且也是通过这个调试组件Debug(printf) Viewer进行输出。只是这种方式的性能没有Event Viewer强，而且要多占用一个SWO引脚。
关于SWO输出方式可以看此贴：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=526 。
8.6 Event Statistics 时间测量功能的实现
时间测量功能简单易用，仅需一个起始函数，一个停止函数即可。当前支持4组，每组支持16路测量，也就是可以同时测量64路。
时间测量的API函数支持多任务和中断里面随意调用。
1、 测量起始函数：EventStartG (slot) 或者EventStartGv (slot, val1, val2)
- 函数中的字母G是表示分组A，B，C，D，即实际调用函数为EventStartA，EventStartB，EventStartC和EventStartD。
- 函数的第一个形参slot的范围是0-15，也就是每个分组可以测试16路。
- 函数后面的两个形象val1和val2是32位变量，用户可以用这两个形参来传递变量数值给Event Statistics调试组件里面，方便图形化展示。简单的说，这两个变量仅仅起到一个传递变量数值的作用。
2、 测量停止函数：EventStopG (slot) 或者 EventStopGv (slot, val1, val2)
- 函数中的字母G是表示分组A，B，C，D，即实际调用函数为EventStopA，EventStopB，EventStopC和EventStopD。
- 函数的第一个形参slot的范围是0-15，也就是每个分组可以测试16路。
- 函数后面的两个形象val1和val2是32位变量，用户可以用这两个形参来传递变量数值给Event Statistics调试组件里面，方便图形化展示。简单的说，这两个变量仅仅起到一个传递变量数值的作用。
这里也分步为大家说明Event Statistics时间测量功能的使用方法。
- 第1步：初始化，仅需添加如下两行代码即可。
/* 初始化EventRecorder并开启 */ EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U); EventRecorderStart();
- 第2步：在要测量的代码前后加上起始和结束时间。
EventStartA(0); 测量的代码部分 EventStopA(0);
这里是用分组A的测量通道0。
- 第3步：跟本章8.4小节讲解的一样，点击调试，选择周期更新选项，然后全速运行。
- 第4步：全速运行后，显示Event Statistics调试组件。
比如我这里简单的测试了一个5ms的延迟函数，效果如下（测量时间是动态更新的）：
另外要注意一点，微秒的时间单位us可能无法正常显示，这个是没有关系的：
8.7 Event Statistics 功耗测量功能的实现
当前仅KEIL自家的ULINKplus支持功耗测量功能，这款下载器不便宜，一套5000多，大家有个了解即可，我们这里就不做讲解了。
8.8 Event Recorder对RTX5及其所有中间件的支持
后面做RTX5及其所有中间件的教程时会为大家做讲解，这里让大家看下效果：
- RTX5组件和使用Event Recoder的效果：
- 网络调试组件效果展示：
- 文件系统和USB协议栈的效果展示:：
8.9 JLINK配置说明
为了帮助大家更好的使用JLINK，这里将JLINK配置中关键的几个地方做个说明。
- 下面这个地方最重要，一定要正确设置当前系统工作的主频，如果不正确，会导致Event Statistics的时间统计不正确。
注：如果大家调试状态弹出SWD配置时钟超出范围的问题或者下面错误，可以考虑将上面截图中的Enable选项的对勾取消掉即可，但内核时钟一定要修改为芯片的主频。
另外，进入调试状态后，右下角的时间是否正常更新都没有关系：
- 其它选项配置如下（只要大家的工程能够正常调试，配置就是没问题的）：
8.10 STLINK配置说明
为了帮助大家更好的使用STLINK，这里将STLINK配置中关键的几个地方做个说明。
- 下面这个地方最重要，一定要正确设置当前系统工作的主频，如果不正确，会导致Event Statistics的时间统计是不正确的。
另外注意，进入调试状态后，右下角的时间是否正常更新都没有关系：
- 其它选项配置如下（只要大家的工程能够正常调试，配置就是没问题的）：
8.11 CMSIS-DAP配置说明
为了帮助大家更好的使用CMSIS-DAP，这里将CMSIS-DAP配置中关键的几个地方做个说明。
- 下面这个地方最重要，一定要正确设置当前系统工作的主频，如果不正确，会导致Event Statistics的时间统计不正确。
另外注意，进入调试状态后，右下角的时间是否正常更新都没有关系：
- 其它选项配置如下（只要大家的工程能够正常调试，配置就是没问题的）：
8.12 ULINK配置说明
由于手头没有ULINK，这里就不做讲解了。如果大家需要相关配置，按照前面小节三款LINK的配置照葫芦画瓢搞一下即可，或者在MDK安装目录的路径ARMHlp下有对应的文档说明：
8.13 配套例子
专题教程配套了三个例子，仅MDK版本。
下载地址：http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=87176 。
- STM32-V4开发板配套的例子是：V4-终极调试工具Event Recorder。
- STM32-V5开发板配套的例子是：V5-终极调试工具Event Recorder。
- STM32-V6开发板配套的例子是：V6-终极调试工具Event Recorder。
具体代码实现也比较简单，以V6开发板为例，定义一个TIM6的中断，中断频率是500Hz，通过Event Statistics测量中断的执行频率。代码如下：
#include "bsp.h" #include "EventRecorder.h" /* 定时器频率，500Hz */ #define timerINTERRUPT_FREQUENCY 500 /* 中断优先级 */ #define timerHIGHEST_PRIORITY 10 /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: vEventRecorderTest * 功能说明: 创建定时器 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void vEventRecorderTest(void) { bsp_SetTIMforInt(TIM6, timerINTERRUPT_FREQUENCY, timerHIGHEST_PRIORITY, 0); EventStartB(0); } /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: TIM6_DAC_IRQHandler * 功能说明: TIM6中断服务程序。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void TIM6_DAC_IRQHandler( void ) { if(TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET) { EventStopB(0); EventStartB(0); TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update); } }
效果如下，测量的平均频率是1.98ms，与我们设计的500Hz基本符合：
应用程序的设计如下：
#include "bsp.h" /* 底层硬件驱动 */ #include "EventRecorder.h" /* ********************************************************************************************************* * 函数和变量 ********************************************************************************************************* */ extern void vEventRecorderTest(void); uint8_t s_ucBuf[10] = "armfly"; /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: main * 功能说明: c程序入口 * 形 参：无 * 返 回 值: 错误代码(无需处理) ********************************************************************************************************* */ int main(void) { uint8_t ucKeyCode; /* 按键代码 */ uint32_t t0 = 0, t1 = 0, t2 = 0, t3 = 0, t4 = 0; /* 初始化EventRecorder并开启 */ EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U); EventRecorderStart(); bsp_Init(); /* 硬件初始化 */ bsp_StartAutoTimer(0, 200); /* 启动1个200ms的自动重装的定时器 */ /* 测量中断周期 */ vEventRecorderTest(); /* 进入主程序循环体 */ while (1) { bsp_Idle(); /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */ /* 判断定时器超时时间 */ if (bsp_CheckTimer(0)) { EventStartA(0); EventStopA(0); EventStartA(1); bsp_DelayMS(5); EventStopA(1); EventStartA(2); bsp_DelayMS(30); EventStopA(2); t0++; EventStartAv(3, t0, t0); bsp_DelayMS(30); EventStopAv(3, t0, t0); } /* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现，我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */ ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */ if (ucKeyCode != KEY_NONE) { switch (ucKeyCode) { case KEY_DOWN_K1: /* K1键按下 */ t1 += 1; t2 += 2; EventRecord2(1+EventLevelAPI, t1, t2); t3 += 3; t4 += 4; EventRecord4(2+EventLevelOp, t1, t2, t3, t4); EventRecordData(3+EventLevelOp, s_ucBuf, sizeof(s_ucBuf)); break; case KEY_DOWN_K2: /* K2键按下 */ printf("K2按键按下 "); break; case KEY_DOWN_K3: /* K3键按下 */ printf("K3按键按下 "); break; default: /* 其它的键值不处理 */ break; } } } }
应用程序里面主要实现了三个功能：
- 利用测量分组A实现4路时间的测量（第1路什么也没有测量，可以用来表示这两个函数本身执行占用的时间）。每100ms测量一次时间，效果如下：
- 利用函数EventRecord2，EventRecord4和EventRecordData发送消息事件。按下按键K1进行更新，效果如下：
- 基于Event Recorder的printf重定向。按下按键K2或者K3会打印消息，效果如下：
8.14 总结
Event Recoder还是非常实用的，建议大家多使用几次，熟练掌握。基本用上几次就上瘾，离不开了，的确是工程调试的利器。