基于VxWorks的一種串口調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開發過程中的調試效率和靈活性，提出一種串口調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，通過調試信息編號與調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定位和故障現場恢復，使軟件調試、運行監測和系統維護更加清晰直觀，滿足大系統集成的需要。

關鍵詞：VxWorks；串口調試；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]軟件開發過程中，通過串口輸出打印信息，串口終端監控調試信息是一種常用的調試手段。在VxWorks實時操作系統中，打印輸出接口主要使用printf， logMsg函數。printf函數是一個參數個數可變的函數，功能是按照用戶指定的格式，將數據按一定的格式輸出若干個任意類型的數據[2]。如果其他任務正在使用，則因臨界資源問題會堵塞[3]當前任務，因此不可用于中斷。中斷服務程序應盡快結束，否則將引起阻塞，有許多函數不可調用，如：printf（），malloc（），semTake（）函數等，但可以使用semGive（），logMsg（），msgQSend（），bcopy（）[4]。

與之對應的logMsg函數為任務式打印輸出函數、非實時性打印輸出，且固定為6個參數。VxWorks內核創建優先級為0的tLogTask打印任務，通過信號量同步消息，格式化調試信息后打印輸出，也同時打印輸出對應調用的任務名。

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

1軟件設計

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

定義此軟件名為log4m，初始化完成后，對調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、調試信息等級、調試信息內容、文件名稱和對應行數，并進行顏色控制和文件保存，調用logMsg打印輸出，解鎖后完成一次調試信息的有效輸出。軟件運行流程圖如圖1所示。

1.1實現方式

在軟件實現時，存在常用的4種實現方式。

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回收后打印亂碼的問題，且消耗任務堆棧[7]資源。

方式2：使用new堆棧的方式作為緩存空間，但反復new， delete，存在軟件設計內存溢出和越界的風險。

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據輸出循環緩存方式。此方式可增加調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，來實現互斥。

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

結合實際使用情況，本文設計使用方式3，在開發階段犧牲了一定的實時性能，但無需反復申請堆棧，同時滿足調試打印的實時性。產品交付后，可通過輸出管理直接關閉打印輸出，減少因打印導致系統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，使用調試信息編號ID管理和調試信息等級LEVEL管理。

調試信息編號ID管理，設計10個調試信息ID，其中ID為0是默認ID號，通過對外的接口控制相應的ID號是否輸出。調試信息ID的設計根據調試信息的類別進行區分，將一個大系統中的多種類多任務調試信息打印分開管理，防止打印信息過多導致實時性能減弱和延誤查找調試信息。

調試信息等級LEVEL管理，設計4個調試信息等級，從低到高分別為LOG4M_LEVEL_DEBUG、LOG4M_LEVEL_ WARNS，LOG4M_LEVEL_ERROR，LOG4M_LEVEL_FATAL，對應調試級、警告級、錯誤級和重大級。調試信息等級的設計根據調試信息重要性進行區分，將重要的調試信息通過顏色控制和調試信息等級提示分開管理，提高調試效率。

1.3調試信息內容組合

在調試信息內容組合時，使用宏定義和可變參數的設計，使用時將宏定義轉為格式轉換程序。在preLog4m函數中，實現調試信息編號ID管理和調試信息等級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對可變參數進行格式轉換；在makeLog4m函數中，實現調試信息組合、顏色控制和文件保存，調試信息的組合內容，包括當前時間輸出、調試信息等級、調試信息內容、文件名稱和對應行數；通過VxWorks系統庫函數time，localtime[8]獲取當前時間，通過編譯器內置宏__FILE__獲取文件路徑，編譯器內置宏__LINE__獲取對應行數，使用sprintf，strcat，將當前時間、文件名稱和對應行數組合，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

使用轉義字符“e”更改輸出格式，根據調試信息等級調用不同的輸出格式，實現顏色控制。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標識準備輸出的調試信息，LOG4M_COLOR為常量數組保存輸出格式。

算法3：顏色控制程序

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

2實驗仿真

在VxSim中仿真模擬調試打印和輸出管理過程，因VxSim中不支持轉義字符“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！”，對應的源碼文件名為log4micro.cpp，在第149行時調用，初始化完成；在VxSim0中打印輸出“test=1，info=2”，對應的源碼文件名為log4micro.cpp，在第152調用，與測試要求一致。

仿真運行結果如圖2所示。

3結束語

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

參考文獻

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