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SerialDebugger串口调试系统

项目简介

本项目实现了使用串口进行下位机程序的调试，可以实现变量的实时查看、修改和变化曲线绘制

上位机采用QT 5.9.9编写，下位机使用C语言编写

可以调试的下位机变量需为全局或静态变量，目前支持的数据类型：

  • int8_t uint8_t

  • int16_t uint16_t

  • int32_t uint32_t

  • float

  • bool

使用方法

下位机

  1. 代码工程包含Debug.c和Debug.h两个文件

  2. 配置DEBUG_MAX_VAR_NUM、DEBUG_TX_BUF_SIZE、DEBUG_SEND三个宏定义

  3. 在程序中调用Debug_RegisterVar()注册需要进行调试的变量，然后在收到一个数据帧后传入Debug_DecodeFrame()进行解析

上位机

  1. 先运行下位机，然后在上位机中使用串口与下位机连接（先点击刷新串口，选择串口后点击打开串口）

注：上位机串口配置为【115200波特率 8数据位 1停止位 无校验位】

  1. 点击加载变量列表，上位机就会读取下位机中已经注册的变量信息

加载变量列表

  1. 点击开始调试，上位机开始定时查询变量值，在右侧的选框中可以选择查询频率（若发现软件闪退可以尝试调小频率）

查询变量

  1. 编辑表格中的修改变量一项可以修改变量

修改变量

  1. 取消勾选表格中的开启调试一项可以关闭对应变量的查询（其余变量的更新频率会提高），但此时仍可以修改该变量

开启调试

  1. 双击变量名一项可以调出绘图窗口，绘制该变量的变化曲线，点击帮助按钮可以查看绘图窗口的详细操作方法

绘图

下位机介绍

配置项

#define DEBUG_MAX_VAR_NUM：最大可注册的变量个数，不能超过256

#define DEBUG_TX_BUF_SIZE：发送缓冲区长度，需大于最长数据帧的长度

#define DEBUG_SEND(buf,len)：用于数据发送的语句，buf是需要发送的数据首地址，len是要发送的数据长度

API

void Debug_RegisterVar(void *addr,char *name,DebugVarType type);：注册一个全局或静态变量进行调试，addr为该变量的地址，name为变量名字符串（用于在上位机显示），type为类型枚举值（枚举量请见定义处）

void Debug_DecodeFrame(uint8_t *buffer);：解析收到的数据帧，需在接收完成一帧数据时调用，buffer为接收到的数据的首地址

程序示例（STM32 & HAL）

//使用USART1进行收发，发送使用DMA，接收使用RXNE和IDLE中断

/********Debug.c********/
//...
#define DEBUG_MAX_VAR_NUM 20
#define DEBUG_TX_BUF_SIZE 20
#define DEBUG_SEND(buf,len) HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,buf,len) //配置使用DMA发送
//...

/********main.c********/
//...
float f32; //需要调试的全局变量
//...
int main()
{
	//...
	Debug_RegisterVar(&f32,"f32",DVar_Float); //注册调试变量
	__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_RXNE); //开启RXNE中断
	__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE); //开启IDLE中断
	//...
	while(1)
	{
		//...
	}
}

/********stm32f4xx_it.c********/
//...
void USART1_IRQHandler()
{
	static uint8_t rxBuf[30]; //接收缓冲区
	static uint8_t rxCnt; //接收计数器
	//收到一个字节进入RXNE
	if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_RXNE)!=RESET)
	{
		//保存收到的一个字节
		rxBuf[rxCnt++]=huart1.Instance->DR;
	}
	//进入空闲中断，一帧结束，进行解析
	else if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE)!=RESET)
	{
		__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1); //清除标志位
		Debug_DecodeFrame(rxBuf); //解析数据
		rxCnt=0; //计数器归零
	}
}

原理介绍

上位机通过串口向下位机发送请求数据帧，下位机接收到后根据数据帧中的命令码进行解析，可能会向上位机发送反馈数据帧，上位机再进行解析和显示

传输协议

数据帧的统一格式如下

帧头(1byte) 命令码(1byte) 数据内容(不定长)
固定为0xDB 标记数据帧的作用 每种数据帧不同

数据帧的数据内容根据作用的不同而不同，各类型数据帧的数据内容如下表（请求由上位机发出，反馈由下位机发出）

数据帧作用 数据长度 数据内容
请求变量列表长度 0 无
反馈变量列表长度 1 列表长度(1byte)
请求变量信息 1 变量索引(1byte)
反馈变量信息 不定长 变量索引(1byte)+变量类型(1byte)
+变量名(不定长，'\0'结尾)
请求读取变量 1 变量索引(1byte)
反馈读取的变量 不定长 变量索引(1byte)+变量值数据
请求写入变量 不定长 变量索引(1byte)+变量值数据

主要运行过程

下位机程序运行时通过调用接口注册需要调试的变量，形成调试变量列表，每个变量对应一个索引号（即列表中的下标）

上下位机通过串口连接后，用户点击加载变量列表按钮，上位机向下位机请求变量列表长度，得到反馈后依次请求各个变量的信息并更新在界面上

用户点击开始调试后，上位机启动定时器，循环发送列表中各个变量的读取请求，收到反馈后更新在界面上

当用户在修改变量一栏的单元格中键入了数据后，上位机会将其编码为字节流并发送写入请求，下位机收到后会向该变量的地址写入数据

当用户双击变量名一栏的单元格时，上位机显示绘图窗口，不断记录需要绘制的变量值，进行图像的绘制，同时对用户的图像操作进行响应

参与改进

  • 参与代码贡献

    1. Fork本仓库

    2. 提交代码

    3. 新建 Pull Request

  • 欢迎提 Issue

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