基于VxWorks的一種串口調(diào)試打印和輸出管理方法

徐喆 宋澤婷 陳新

摘要：為了提升在VxWorks開發(fā)過程中的調(diào)試效率和靈活性，提出一種串口調(diào)試信息組合打印和輸出管理方法。將時間信息和文件信息組合輸出，通過調(diào)試信息編號與調(diào)試信息等級進行打印輸出管理，同時支持顏色控制和文件保存。實驗仿真表明，借助該方法能夠快速實現(xiàn)定位和故障現(xiàn)場恢復(fù)，使軟件調(diào)試、運行監(jiān)測和系統(tǒng)維護更加清晰直觀，滿足大系統(tǒng)集成的需要。

關(guān)鍵詞：VxWorks；串口調(diào)試；輸出管理

中圖分類號：TP31文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2019）22-57-3

0引言

在嵌入式VxWorks[1]軟件開發(fā)過程中，通過串口輸出打印信息，串口終端監(jiān)控調(diào)試信息是一種常用的調(diào)試手段。在VxWorks實時操作系統(tǒng)中，打印輸出接口主要使用printf， logMsg函數(shù)。printf函數(shù)是一個參數(shù)個數(shù)可變的函數(shù)，功能是按照用戶指定的格式，將數(shù)據(jù)按一定的格式輸出若干個任意類型的數(shù)據(jù)[2]。如果其他任務(wù)正在使用，則因臨界資源問題會堵塞[3]當前任務(wù)，因此不可用于中斷。中斷服務(wù)程序應(yīng)盡快結(jié)束，否則將引起阻塞，有許多函數(shù)不可調(diào)用，如：printf（），malloc（），semTake（）函數(shù)等，但可以使用semGive（），logMsg（），msgQSend（），bcopy（）[4]。

與之對應(yīng)的logMsg函數(shù)為任務(wù)式打印輸出函數(shù)、非實時性打印輸出，且固定為6個參數(shù)。VxWorks內(nèi)核創(chuàng)建優(yōu)先級為0的tLogTask打印任務(wù)，通過信號量同步消息，格式化調(diào)試信息后打印輸出，也同時打印輸出對應(yīng)調(diào)用的任務(wù)名。

在實際應(yīng)用時，直接使用printf， logMsg都存在不足。為了方便調(diào)試和開發(fā)，本文結(jié)合二者優(yōu)點，提出一種串口調(diào)試打印輸出管理方法。此方法使用通用的宏定義，支持可變參數(shù)和非實時性打印輸出，支持多核多任務(wù)系統(tǒng)使用，在調(diào)試信息打印輸出時同時輸出當前時間、文件名稱和對應(yīng)行數(shù)，并支持顏色控制和文件保存，支持通過調(diào)試信息編號和等級管理輸出內(nèi)容。

1軟件設(shè)計

方法設(shè)計時使用標準C/C++開發(fā)，操作系統(tǒng)使用VxWorks5.5.1，開發(fā)環(huán)境使用Tornado，硬件通信方式使用SecureCRT[5]，打印輸出使用logMsg，仿真環(huán)境使用VxSim。目標仿真器VxSim提供了與真實目標機一致的調(diào)試與仿真運行環(huán)境，用戶不需要目標機和操作系統(tǒng)配置即可在Tornado環(huán)境中迅速開發(fā)調(diào)試[6]。

定義此軟件名為log4m，初始化完成后，對調(diào)試信息編號和等級進行管理，如果允許輸出則先加鎖，組合當前時間、調(diào)試信息等級、調(diào)試信息內(nèi)容、文件名稱和對應(yīng)行數(shù)，并進行顏色控制和文件保存，調(diào)用logMsg打印輸出，解鎖后完成一次調(diào)試信息的有效輸出。軟件運行流程圖如圖1所示。

1.1實現(xiàn)方式

在軟件實現(xiàn)時，存在常用的4種實現(xiàn)方式。

方式1：使用臨時變量作為緩存空間，無需資源互斥鎖，但存在臨時變量被系統(tǒng)回收后打印亂碼的問題，且消耗任務(wù)堆棧[7]資源。

方式2：使用new堆棧的方式作為緩存空間，但反復(fù)new， delete，存在軟件設(shè)計內(nèi)存溢出和越界的風(fēng)險。

方式3：使用全局變量作為緩存空間，需要二進制信號量互斥鎖，同時為了防止打印亂碼需要使用數(shù)據(jù)輸出循環(huán)緩存方式。此方式可增加調(diào)試信息保存到文件中，因為在讀寫文件時同樣需要使用資源互斥鎖。二進制信號量能有效對共享資源的訪問進行互鎖，來實現(xiàn)互斥。

方式4：使用創(chuàng)建任務(wù)方式，將打印輸出放入緩存列表中，通過低優(yōu)先級任務(wù)輸出，保證當前運行任務(wù)的實時性能，存在輸出打印實時性變差的問題。

結(jié)合實際使用情況，本文設(shè)計使用方式3，在開發(fā)階段犧牲了一定的實時性能，但無需反復(fù)申請堆棧，同時滿足調(diào)試打印的實時性。產(chǎn)品交付后，可通過輸出管理直接關(guān)閉打印輸出，減少因打印導(dǎo)致系統(tǒng)實時性能減弱的問題。

1.2打印輸出管理

在打印輸出管理時，使用調(diào)試信息編號ID管理和調(diào)試信息等級LEVEL管理。

調(diào)試信息編號ID管理，設(shè)計10個調(diào)試信息ID，其中ID為0是默認ID號，通過對外的接口控制相應(yīng)的ID號是否輸出。調(diào)試信息ID的設(shè)計根據(jù)調(diào)試信息的類別進行區(qū)分，將一個大系統(tǒng)中的多種類多任務(wù)調(diào)試信息打印分開管理，防止打印信息過多導(dǎo)致實時性能減弱和延誤查找調(diào)試信息。

調(diào)試信息等級LEVEL管理，設(shè)計4個調(diào)試信息等級，從低到高分別為LOG4M_LEVEL_DEBUG、LOG4M_LEVEL_ WARNS，LOG4M_LEVEL_ERROR，LOG4M_LEVEL_FATAL，對應(yīng)調(diào)試級、警告級、錯誤級和重大級。調(diào)試信息等級的設(shè)計根據(jù)調(diào)試信息重要性進行區(qū)分，將重要的調(diào)試信息通過顏色控制和調(diào)試信息等級提示分開管理，提高調(diào)試效率。

1.3調(diào)試信息內(nèi)容組合

在調(diào)試信息內(nèi)容組合時，使用宏定義和可變參數(shù)的設(shè)計，使用時將宏定義轉(zhuǎn)為格式轉(zhuǎn)換程序。在preLog4m函數(shù)中，實現(xiàn)調(diào)試信息編號ID管理和調(diào)試信息等級LEVEL管理；使用Log4m_Event信號量，進行資源互斥鎖，semTake加鎖，semGive解鎖；使用sprintf對可變參數(shù)進行格式轉(zhuǎn)換；在makeLog4m函數(shù)中，實現(xiàn)調(diào)試信息組合、顏色控制和文件保存，調(diào)試信息的組合內(nèi)容，包括當前時間輸出、調(diào)試信息等級、調(diào)試信息內(nèi)容、文件名稱和對應(yīng)行數(shù)；通過VxWorks系統(tǒng)庫函數(shù)time，localtime[8]獲取當前時間，通過編譯器內(nèi)置宏__FILE__獲取文件路徑，編譯器內(nèi)置宏__LINE__獲取對應(yīng)行數(shù)，使用sprintf，strcat，將當前時間、文件名稱和對應(yīng)行數(shù)組合，其中文件名可使用strrchr（file，’/’）分割文件路徑獲取。

1.4顏色控制和文件保存

使用轉(zhuǎn)義字符“e”更改輸出格式，根據(jù)調(diào)試信息等級調(diào)用不同的輸出格式，實現(xiàn)顏色控制。常用的輸出格式有“＼e[0m”，“＼e[1m”，“＼e[30m”，“＼e[31m”，“＼e[40m”，“＼e[41m”。其中，“＼e[0m”標識清除所有格式，“＼e[1m”標識字體加粗，“＼e[30m”標識黑色字體，“＼e[31m”標識紅色字體，“＼e[40m”標識黑色背景色，“＼e[41m”標識紅色背景色。需要注意不同的打印終端存在差異，實際顏色控制效果略有不同。更改輸出格式后，格式更改會一直保持，需要使用“＼e[0m”清除格式或退出打印終端。例如log4m_stroems標識準備輸出的調(diào)試信息，LOG4M_COLOR為常量數(shù)組保存輸出格式。

算法3：顏色控制程序

在具有可讀寫硬盤的環(huán)境下，可啟用文件保存功能，將調(diào)試信息保存到硬盤中。離線調(diào)試、恢復(fù)現(xiàn)場和問題回溯時，可快速定位錯誤位置和故障原因。

2實驗仿真

在VxSim中仿真模擬調(diào)試打印和輸出管理過程，因VxSim中不支持轉(zhuǎn)義字符“e”，仿真時不使用顏色控制。仿真程序在初始化InitLog4m完成后，使用測試程序仿真運行，程序如下：

在VxSim0中打印輸出“InitLog4m started！”，對應(yīng)的源碼文件名為log4micro.cpp，在第149行時調(diào)用，初始化完成；在VxSim0中打印輸出“test=1，info=2”，對應(yīng)的源碼文件名為log4micro.cpp，在第152調(diào)用，與測試要求一致。

仿真運行結(jié)果如圖2所示。

3結(jié)束語

本文討論了一種基于VxWorks串口調(diào)試信息組合打印和輸出管理方法，詳細介紹了軟件設(shè)計中的實現(xiàn)方式、打印輸出管理、調(diào)試信息內(nèi)容組合、顏色控制和文件保存，并通過仿真模擬的方式實現(xiàn)了此方法。通過使用此方法，在VxWorks嵌入式實時操作系統(tǒng)軟件聯(lián)試階段和系統(tǒng)集成階段，能有效提高軟件設(shè)計和調(diào)試效率，具有一定工程意義。

參考文獻

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