淺談STM-Studio的變量實時觀測功能

2018-05-16 09:29:08

單片機與嵌入式系統應用 2018年5期

(深圳航天科技創新研究院，深圳 518057)

引言

在單片機調試過程中，能夠實時地觀測某些變量的值，對調試工作是十分重要的。它既可以讓開發人員了解程序的運行情況，又可以反映出整個系統的動態信息。

以往，常見的實現方式主要有兩種。一種是通過通信接口(如串口、USB)將要觀測的變量發送到上位機中。上位機中運行一些調試助手類的工具，以數值或者波形的方式實現變量的觀測。這種方式需要在軟件中增加額外的代碼，且占用部分通信接口及MCU的運行時間。另一種方式是用編譯器(如IAR，KEIL)提供的一些觀測窗口功能。但多數情況下，編譯器提供的功能有限，往往只能實現對變化速率很慢的變量的簡單查看。

STM-Studio是意法半導體專門為STM32開發的一款變量實時觀測工具。其通過ST-LINK與STM32相連，除調試接口外，不會占用額外的引腳，且不需要對原程序做任何修改，大大地方便了軟件調試工作。

1 STM-Studio功能簡介

STM-Studio通過實時地讀取和顯示變量來調試和診斷STM32程序。它運行在PC上，通過ST-LINK與單片機相連。STM-Studio是一種非侵入性的工具，完全保存了程序的實時性，十分適合調試一些不能被暫停的程序，如電機控制程序等,并且可以多種圖形視圖。

主要功能有：

① 可以運行于各種Windows系統上。

② 通過ST-LINK與STM32相連(支持JTAG或SWD協議)。

③ 在程序運行時，從RAM中以非侵入的方式讀取變量。

④ 從ELF文件中解析調試信息。

⑤ 兩種類型觀測方式。

a. Variable viewer——以示波器形式顯示實時波形；

b. TouchPoint viewer——將兩個變量組合成一個二維坐標系的坐標，顯示點圖；

⑥ 將觀測的數據記錄成文件，并且可以在工具中進行回放。

2 STM-Studio使用說明

2.1 導入ELF文件并選擇變量

編譯器在編譯完工程后，會產生ELF文件，不同編譯器的輸出文件會有所不同。如在IAR中，可以選擇產生*.out文件。

運行STM-Studio，點擊Import variales from executable，在可執行文件框中選擇工程輸出的ELF文件，STM-Studio會自動識別里面的全局變量，并以列表形式顯示出來，如圖1所示。

圖1 導入ELF文件

在圖1中，選擇要觀測的變量，而后點擊Import，在軟件主界面的Display Variables settings窗口中，便可以看到添加進來的變量列表，如圖2所示，列表中包含了變量的部分信息，如內存地址、數據類型等。

圖2 變量列表

2.2 觀測配置

用戶可以對STM-Studio的觀測做許多配置，以便更好地適合自己需求。這些配置主要包括——觀測數據的采樣率、采樣范圍和日志文件的存儲位置等。

首先，用戶可在Acquisition rate框中，輸入希望的數據采樣速率，最小為1 ms。但是，受制于ST-LINK的通信速率以及變量的數量和字長，最終的采樣率不一定能達到用戶期望的值。在日志文件中，會包含有每個采樣點的相對時間信息,用戶可從中獲得真實的采樣速率。

然后，在Variable selection選項中，用戶可以選擇軟件采樣的范圍。此處推薦選擇最后一個選項——Acquire only variables used by visible viewers。因為這個選項是三個選項中采樣范圍最小的一個，因此，采樣率最有保障。

最后，在Log file框中，選擇日志文件要存放的位置。觀測功能開始后，軟件會在相應位置創建一個文件，用于記錄數據。每次重新開始觀測功能，軟件都會清空該文件原來的數據。

以上是幾個常用的配置，除了這幾項，STM-Studio還有許多其它配置，比如設置觸發功能、與ST-LINK的連接設置等。

2.3 創建觀測窗口

STM-Studio允許用戶創建多個觀測窗口，每個窗口顯示不同的變量組合。在Viewers settings中點擊右鍵，選擇New viewer便創建了一個新的窗口。各個窗口間也可以有多種組合方式，如圖3所示，創建了3個窗口，且將窗口2和窗口3單獨出來。

圖3 多窗口

2.4 向窗口加入變量

在第2.1節中的變量列表里面，選擇變量，并在右鍵菜單Send to中指定變量使用窗口。在窗口的底部，會顯示有哪些變量加入了該窗口，以及對應的曲線是什么顏色。

3 實例展示

A/D采樣是在開發中經常用到的功能。有時，需要實時觀測A/D采集的數據或者記錄數據做一些分析。實例展示一個使用STM32F767的ADC采集信號發生器產生的正弦信號應用。

首先編寫一個A/D采集的程序，在程序中，ADC的一個通道以1 KHz的頻率采集信號發生器輸出端的信號，并將其轉換成電壓值，該值以float型存儲，命名為adc_value。然后編譯工程，并按前面描述，將變量加入到觀測窗口中。最后進行下載程序，并運行STM-Studio，得到如圖4所示的觀測曲線。得到的日志文件如圖5所示。