• 我们做调试工具追求的是什么
• 几种调试方案
  • 1、加入屏和按键
  • 2、串口+上位机
  • 3、用树莓派
  • 4、串口+通用终端工具
• 如何构建终端工具里的控制台界面
  • 1、构建界面用到的特殊字符串
  • 2、封装好的库函数

单片机开发过程中，有一个好的调试系统可以极大地提高开发效率。
举个例子，做平衡系统时调节PID参数，你会选择 修改参数–>编译–>烧录–>运行–>修改…，还是做一个功能可以一边运行一边修改参数呢？
调试的方法有多种，在这就来分别谈一下我在开发过程中使用过的几种调试方案。
这里的调试方案也是一种交互方案，但此方案不是为了交互而设计，重在快速地搭建、方便地使用、高效地调试，换句话说长得丑无所谓。

我们做调试工具追求的是什么

做调试系统无非是为了两点：

1. 实时显示一些必要信息。
2. 实时修改，其实也就是可以实时接收指令。

为了提高开发效率，我们进一步希望：

1. 调试系统搭建起来方便快捷，最好可以统一标准，方便移植。
   我们不希望在调试系统上花费太多工作量，不要太复杂，尽量轻量级。
2. 直观显示，看得清楚。
3. 方便输入，操作快捷。

几种调试方案

1、加入屏和按键

最直接的方法就是在嵌入式系统中加入屏和按键，做出一个界面，显示信息和接收按键指令。
【优点】跟随系统，不需要依赖其他设备，可以随时随地调试。

【缺点】

1. 添加了硬件。硬件的设计和焊接还是需要花费一些精力的。
2. 构建界面同样也要花费不少精力。
3. 显示信息有限。
   加入的屏通常显示内容比较少，会受到一些限制。
4. 按键功能有限。
   加入的按键通常也不会太多，并且如果我们考虑到长按、组合键等操作的话构建程序也是比较复杂的。

【总结】
肯定不能算轻量级，功能有限，可移植性差，花费精力多，屏需要额外费用。
唯一的优点就是跟随系统，没有其他依赖。

所以如果不是非要随时调试的话不建议用这种方法，单纯为了调试来说代价还是比较大的。

2、串口+上位机

单片机自己不负责显示，它把数据发送出去，由上位机显示；也不负责按键检测，由上位机负责并接收上位机指令。
单片机和上位机之间需规定好通信协议。

通信方式可以是串口也可以是其他，上位机可以是图形也可以是命令行。

【优点】

1. 对单片机来说做到了一定的轻量级。只需要考虑发送数据和接收指令的协议。
2. 对于比较复杂的功能，好的上位机，尤其是图形化的上位机可以很方便地调试。

【缺点】

1. 需要设计通信协议，双方都要位通信协议写代码。这需要花费一定的精力。
2. 制作上位机需要花费较多的精力，并且上位机不通用。

【总结】
由于上位机在电脑上，有丰富的显示和控制资源，做出一个好的上位机可以极其方便地提高效率。
但制作上位机要花费大量精力。

所以，如果上位机是作为产品发布，是值得花精力去做的；但如果仅仅是为了调试时用一下，不值得这样做。

到这里有没有注意到，其实我们是想找到一个通用的”显示器”，能够方便地把信息显示出来。 显示器是已经做好的，不需要我们再做什么，通信协议尽可能简单，最好能直接输出。 后面我们会找到这么一个好东西。

3、用树莓派

用树莓派进行关键计算，我们关心的数据都在树莓派的程序里。
由于树莓派里运行linux系统，在其连接网络后，我们可以用局域网里电脑的终端登陆树莓派，在树莓派的程序里直接打印接口显示出来。

注：
在命令行下打印数据并不一定是一行一行地输出，也可以控制光标在指定位置输出，构建出一个简单的界面。构建方法可参考本文后面内容，网上搜索”控制台编程”也有大量资源。
命令行下接收键盘操作也不一定非要输入字符再回车，程序里可以直接监测键盘。
总之在命令行中是可以构建出一个类似于 显示屏+按键 组合的”设备”的。

【优点】

1. 终端就相当于是一个现成的、通用的显示屏，任意支持ssh的终端都可使用。
2. 程序里直接打印输出！这真是太方便的，c语言中一个printf即可，相当于是一个极其简单的通信协议。

【缺点】

1. 贵！一个小小的智能车都要塞个树莓派，树莓派价格都够好多个智能车了。
2. 树莓派本身是重量级。虽然程序本身是方便了，但使用之前需要配置树莓派，虽然一个树莓派只要配置一次。
3. 树莓派本身硬件功能有限，有些功能树莓派不能直接完成，还是需要借助单片机，并和单片机通信。
   比如记录车轮旋转的正交编码器，stm32有专门的硬件模块完成，树莓派没有，如果树莓派想要记录车轮旋转的话还是需要借助stm32，并且设计如何获取stm32记录的数据。

【总结】

对于调试这一方面来说，树莓派是非常方便的，输出、输入都是直接完成。
所以如果你的项目值得用树莓派，那调试是非常方便的；如果不需要用树莓派，光是为了调试方便而使用是不建议的，请考虑上面3个缺点。

虽然树莓派本身不一定最合适，但我们找到了方向——终端。

4、串口+通用终端工具

单片机能不能用终端呢？答案是肯定的。
有多种终端工具可以通过串口使用，比如windows自带的超级终端，linux和osx下命令行里的minicom，以及夸三个平台的图形化终端secureCRT。
这些终端工具的功能简单来说就是：1、当某个按键按下立刻发送该按键的键码出去，比如按下p键发送字符’p’。2、接收串口数据并显示出来。

说明：

1. 这些终端工具的协议是相同的，可以认为是通用的显示器和键盘。
2. 单片机可以发送一些特殊字符串完成一些特殊操作，比如清屏、控制光标位置。利用这些功能可以构建出简单的界面。
   这些操作功能已经封装成了函数，会在本文后面给出。
3. 一般会先在单片机中实现printf功能，实现之后在程序中用printf即可直接在终端工具中显示信息。
   实现printf功能的方法在这里不介绍，具体可上网查找，工作量并不大。其实就是重定义一个函数，使printf函数通过指定串口输出字符串。
4. 串口通过蓝牙模块可快速实现无线传输。

【优点】

1. 单片机端轻量级，上位机端无工作量。
   具体来说单片机端要做的事情有：初始化串口，重定向printf，通过特殊字符串控制光标构建界面。
2. 上位机端通用，单片机端显示相关的代码方便移植。
   本文后文会给出显示相关的库函数。
3. 硬件扩展几乎没有。

【缺点】

对比第1种方案，需要一台电脑。其他方面都具有很大优势。

【总结】

此方案是单片机开发调试的理想选择。

下面会介绍如何在终端工具里构建出界面。

如何构建终端工具里的控制台界面

1、构建界面用到的特殊字符串

注：

1. 终端工具里的x、y坐标都是从1开始数的，同时等于0的话终端也会认为是1。
2. \033代表的是八进制033，对应十进制是27，十六进制是0x1B。

2、封装好的库函数

使用这个库函数的前提是：
1、主函数完成了串口初始化，串口功能正常使用。
2、重定向了printf函数，printf函数可通过串口输出字符串。

disp.h文件：

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#ifndef __DISP_H__
#define __DISP_H__
/* 在主函数已经完成串口初始化，并且重定向printf函数之后，
   这里提供一些列函数用于操作终端工具显示，可在终端工具里构建界面。 */
#include <stm32f10x_lib.h>

void disp_clean(void);
void disp_clean_line(void);     //清除当前航，并复位光标到行首
void disp_cursor_reset(void);        //复位光标位置，回到左上角（1行1列）
void disp_gotoxy(int x, int y);  //跳转到y行x列，x和y都是从1开始数。
void disp_cursor_up(int y);      //上移x行
void disp_cursor_down(int y);    //下移y行
void disp_cursor_left(int x);    //左移x列
void disp_cursor_right(int x);   //右移x列
void disp_cursor_hide(void);     //隐藏光标，在secureCRT中测试无效。
void disp_cursor_show(void);     //显示光标，在secureCRT中测试无效。

#endif

disp.c文件：

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#include <disp.h>
#include <uart.h>
#include <stdio.h>

void disp_clean(void)
{
    printf("\033[2J");
}
void disp_clean_line(void)      //清除当前行，并复位光标到行首
{
    printf("\33[2K\r");
}
void disp_cursor_reset(void)        //复位光标位置，回到左上角
{
    printf("\033[H");
}
void disp_gotoxy(int x, int y)  //跳转到y行x列
{
    printf("\033[%d;%dH", y, x);
}
void disp_cursor_up(int y)      //上移x行
{
    printf("\033[%dA", y);
}
void disp_cursor_down(int y)    //下移y行
{
    printf("\033[%dB", y);
}
void disp_cursor_left(int x)    //左移x列
{
    printf("\033[%dD", x);
}
void disp_cursor_right(int x)   //右移x列
{
    printf("\033[%dC", x);
}
void disp_cursor_hide(void)     //隐藏光标
{
    printf("\033[?25l");
}
void disp_cursor_show(void)     //显示光标
{
    printf("\033[?25h");
}

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