如何调试nRF5 SDK

本文将讲述Nordic nRF5 SDK的主要调试手段，以帮助大家快速定位问题，并解决问题。一般来说，你可以通过打log方式，IDE的debug模式，SDK自带的app_error_check函数，以及命令行方式等多种手段来调试你的代码。

1. 通过打log方式进行调试

nRF5 SDK支持UART和SWD J-Link（RTT）两种底层通信方式来打印日志，SDK14之后日志也可以通过蓝牙或者Flash进行输出和存储打印，一般来说，UART和SWD用得比较多，其中UART使用串口助手来查看日志，SWD使用J-Link RTT Viewer（仅适用Windows）或者J-Link RTT Client（Windows/Mac/Linux系统）来查看打印日志。由于UART日志打印方式会占用一个UART口，而大部分nRF5芯片都只有一个UART口，从而导致资源冲突，为此推荐大家使用RTT方式来打印日志，从而可以将UART口留给正常应用，更重要的是RTT打印方式功耗非常低（几乎可以忽略不计），大家可以在正式release的产品中也使能它，从而发现产品部署后有可能会出现的问题（UART打印方式功耗非常高，在正式release产品中必须关掉它）。

如果使用SWD接口进行日志打印，那么你可以使用J-Link RTT Viewer或者RTTClient来显示日志，二者选其一即可。在Windows平台推荐使用RTT viewer，否则使用RTT Client。

1.1 J-Link RTT Viewer

RTT viewer配置方式如下所示：

 

RTT viewer日志打印窗口如下所示：（使用的是SDK15.3中的ble_app_hrs例子，下同）

 

1.2 J-Link RTTClient

RTT client配置方式如下所示（直接使用jlink命令进行配置）：

 

RTT client打印窗口如下所示：

 

 

1.3 UART串口助手

串口助手配置方式如下所示：

  • Baud rate: 115200
  • 8 data bits
  • 1 stop bit
  • No parity
  • HW flow control: None

随便选择一款你熟悉的串口助手，比如Putty或者Termite，Termite打印窗口如下所示：

 

Putty打印窗口如下所示：

 

 

1.4 日志打印模块nRF_Log

nRF5 SDK日志打印功能是通过nRF_Log模块实现的（上面展示的日志都是通过nRF_Log打印出来的），SDK包含的大部分例子都自带打印功能，也就是说包含了nRF_Log模块。一般来说，例子都是默认使用UART进行打印的，如果需要改为RTT进行打印，需要对nRF_Log模块进行配置。在具体讲述nRF_Log模块的配置选项之前，先大概讲述一下nRF_Log的工作原理。

nRF_Log工作原理

nRF_Log模块包含前端和后端两部分代码。前端是面向用户的打印接口，比如NRF_LOG_INFO，它把用户要打印的数据放在一块RAM中。后端用来具体实现打印功能，即把前端RAM中的数据通过不同的后端接口打印出去。目前nRF_Log支持的后端接口有：UART，RTT，Flash和蓝牙。不管采用哪一种后端接口，对用户来说，其调用的前端API是一样的，nRF_Log模块会根据用户的配置自动适配相应后端接口，而且用户可以同时使能多个后端接口，即把日志同时打印到多个后端端口上。nRF_Log模块可以单独使能或禁止某一个模块的打印功能，比如advertising模块，当你调试advertising模块的时候，可以把log打开，调试完毕，把log关闭以让log界面变得更清爽。nRF_Log模块还可以设置打印的级别（Level），如果不分级别的话，打印界面会包含很多打印信息，让我们每次调试都要花费很多时间去寻找自己想要的日志上。设定级别后，我们可以有选择的打印需要的日志信息，没问题时，我们只打印info级别的日志；有问题时，我们就可以把所有debug级别的日志都打印出来。nRF_Log还有一个功能：Deferred，如果不使能Deferred，那么调用NRF_LOG_INFO等API的时候，立马就Flush，即把日志打印出去；如果使能了Deferred，那么调用NRF_LOG_INFO等API的时候，只是把打印数据放在RAM中，真正的打印由main函数中的NRF_LOG_PROCESS完成，这样可以最大程度降低打印对应用本身的影响，尤其在执行一些时序很关键的操作的时候。nRF_Log还支持时间戳打印，即在每条日志之前加上时间戳信息。

nRF_Log配置

从SDK12以后，nRF_Log模块的配置主要放在sdk_config.h文件中，以工程nRF5_SDK_15.3.0_59ac345\examples\ble_peripheral\ble_app_hrs\pca10040\s132\arm5_no_packs为例，nRF_Log的配置选项如下所示：

 

注意：nRF5 SDK v11.0.0及以前版本是没有sdk_config.h文件的，此时你需要到options for target->C/C++->define里面定义一个宏（Keil工程），如果定义“NRF_LOG_USES_UART=1”选择UART日志打印；如果定义”NRF_LOG_USES_RTT=1” 则选择RTT日志打印，如下：

 

还是以nRF5_SDK_15.3.0_59ac345\examples\ble_peripheral\ble_app_hrs\pca10040\s132\arm5_no_packs为例，当nRF_Log配置为info级别，无timestamp，打印信息如下（与前面配置一样）

 

当nRF_Log配置为debug级别，打开timestamp，打印信息如下所示：

 

 

 

2. 使用IDE调试界面进行调试

Nordic产品支持单步，断点，寄存器查看，内存查看，call stack查看等所有常规调试手段。需要注意的是，由于softdevice在底层要维持一定的时钟以及处理很多中断事件，一旦蓝牙跑起来后，只能用一个断点进行全速跑，也就是说，执行完一个断点后，程序内部逻辑和时序已经紊乱，此时不能再继续全速跑第二个断点。如果要看第二个断点的内容，只能删掉第一个断点，重新开始执行。

Keil IDE

通过以下方式打开nRF5 SoC内部寄存器查看窗口：

 

用得比较多的几个Keil窗口：

 

Segger embedded studio IDE

SES的调试界面如下所示（跟Keil很像）：

 

这里要特别强调一下，所有SES工程都包含2个版本：Release版和Debug版，Release是没有包含debug信息以节省代码空间，所以如果你要debug一个工程，请先选择debug版本，然后再进行debug，如下所示：

 

3. nRF5 SDK自带的APP_ERROR_CHECK函数

APP_ERROR_CHECK是nRF5 SDK定义的一个用来检查API返回值是否正确的函数，在nRF5 SDK中，NRF_SUCCESS（0）为正确返回值，其它返回值皆为错误值。nRF5 SDK所有协议栈API调用，以及SDK库函数调用，都会用APP_ERROR_CHECK去检查调用的返回值。当出现非法调用时，比如传入的实参不对，API返回值就不会为NRF_SUCCESS，此时APP_ERROR_CHECK就会派上大用场。通过查看APP_ERROR_CHECK函数定义，如下所示：

NRF_BREAKPOINT_COND;

    // On assert, the system can only recover with a reset.

#ifndef DEBUG

    NRF_LOG_WARNING("System reset");

    NVIC_SystemReset();

#else

    app_error_save_and_stop(id, pc, info);

#endif // DEBUG

你会发现APP_ERROR_CHECK行为受宏DEBUG和有没有挂仿真器两个因素的影响，当没有定义DEBUG宏时，系统将直接产生软复位；当定义了DEBUG宏并且没有挂仿真器时，系统将把错误信息保存在call stack中。不管怎么配置，APP_ERROR_CHECK都会把相应的错误信息打印出来，以方便你去排查问题，如下所示。通过打印出来的错误信息，你就可以知道是哪个文件哪一行代码出了什么类型的错误。

 

注意在SDK14以前，app_error_check不会主动把错误信息打印出来，而是把错误信息存在RAM中，然后通过debug模式可以直接查看相关错误信息，如下所示：

 

默认情况下，nRF5 SDK是没有定义DEBUG宏的，所以一旦函数返回值不对，系统就会复位。这里要特别指出的是，在你开发调试过程中，经常会碰到复位的情况，这其中大部分都是由APP_ERROR_CHECK引起的。针对这种情况的复位，你只需要在options for target->C/C++->define里面定义一个宏：DEBUG，就可以快速找出是哪一个文件哪一行代码引出的复位，以及复位原因是什么，如下所示：

 

 

4.使用命令行（CLI）方式进行调试

打log方式只能单方面输出，而不能接受终端的输入，在很多情况下，我们需要动态调整log信息，比如动态更改log的级别，动态更改log的颜色等等，这个时候就需要用到nrf_cli模块，跟nRF_Log相似，nrf_cli同时支持5种后端接口：UART，RTT，BLE，Flash和USB CDC。由于nrf_cli也有log输出功能，因此nRF_Log模块可以直接选择nrf_cli为其后端接口。这里再次强调一下，nrf_log和nrf_cli是两个完全独立的模块，但是nrf_log可以选用nrf_cli为其后端接口，由nrf_cli完成后端打印功能。SDK中提供了三个cli的例子，分别为：

  • \examples\peripheral\cli\pca10040\blank\arm5_no_packs
  • \examples\ble_peripheral\experimental\ble_app_cli\pca10040\s132\arm5_no_packs
  • \examples\ble_central_and_peripheral\experimental\ble_app_interactive\pca10040\s132\arm5_no_packs

如果大家的应用需要命令行交互方式，可以参考上面3个例子，以examples\peripheral\cli\pca10040\blank\arm5_no_packs为例，交互成功后的界面如下所示：

 

RTTViewerAPP_ERROR_CHECK调试nRF5SDKNRF_SUCCESSSWDJ-Link串口助手

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