👨🏻‍✈️ 👩🏽‍🤝‍👨🏾 😒 تصحيح أخطاء وحدات التحكم ARM Cortex-M بواسطة UART Part 2 🥒 😋 🎎

في المقالة الأخيرة ، تحدثت عن مقاطعة DebugMon والسجلات المرتبطة بها.

في هذه المقالة سنكتب تنفيذ مصحح الأخطاء لـ UART.

جزء منخفض المستوى

هنا و هنا وهناك وصفا للهيكل الطلبات والردود خادم GDB. على الرغم من أن الأمر يبدو بسيطًا ، إلا أننا لن ننفذه في وحدة التحكم الدقيقة للأسباب التالية:

تكرار البيانات الضخمة. يتم ترميز العناوين وقيم السجلات والمتغيرات كسلسلة سداسية ، مما يزيد من حجم الرسالة مرتين
يتطلب تحليل الرسائل وجمعها موارد إضافية
مطلوب تتبع نهاية الحزمة إما عن طريق المهلة (سيكون الموقت مشغولاً) ، أو بواسطة آلة أوتوماتيكية معقدة ، مما سيزيد من الوقت المستغرق في مقاطعة UART

للحصول على أسهل وأسرع وحدة تصحيح ، سنستخدم بروتوكولًا ثنائيًا مع تسلسلات التحكم:

0xAA 0xFF - بداية الإطار
0xAA 0x00 - نهاية الإطار
0xAA 0xA5 - المقاطعة
0xAA 0xAA - تم استبداله بـ 0xAA

لمعالجة هذه التسلسلات أثناء الاستقبال ، يلزم وجود آلة أوتوماتيكية بأربع حالات:

في انتظار حرف ESC
في انتظار الحرف الثاني من بداية تسلسل الإطار
استقبال البيانات
آخر مرة تم قبول حرف Esc

ولكن لإرسال الدول ، تحتاج بالفعل إلى 7:

إرسال البايت الأول بداية الإطار
إرسال بايت الثانية بداية الإطار
إرسال البيانات
تقديم نهاية الإطار
جاري إرسال حرف Esc
إرسال بايت المقاطعة الأول
إرسال بايت المقاطعة الثانية

دعونا نكتب تعريف الهيكل الذي ستوضع فيه جميع متغيرات الوحدة:

typedef struct 
{    
  // disable receive data
  unsigned tx:1;
  // program stopped
  unsigned StopProgramm:1;
  union {
    enum rx_state_e 
    {
      rxWaitS = 0, // wait Esc symbol
      rxWaitC = 1, // wait Start of frame
      rxReceive = 2, // receiving
      rxEsc = 3, // Esc received
    } rx_state;
    enum tx_state_e 
    {
      txSendS = 0, // send first byte of Start of frame
      txSendC = 1, // send second byte
      txSendN = 2, // send byte of data
      txEsc = 3,   // send escaped byte of data
      txEnd = 4,   // send End of frame
      txSendS2 = 5,// send first byte of Interrupt
      txBrk = 6,   // send second byte
    } tx_state;
  };
  uint8_t pos; // receive/send position
  uint8_t buf[128]; // offset = 3
  uint8_t txCnt; // size of send data
} dbg_t;
#define dbgG ((dbg_t*)DBG_ADDR) //   ,

يتم دمج حالات آلات الاستقبال والإرسال في متغير واحد حيث سيتم تنفيذ العمل في وضع نصف مزدوج. يمكنك الآن كتابة automata بأنفسهم باستخدام معالج المقاطعة.

معالج UART

void USART6_IRQHandler(void)
{
  if (((USART6->ISR & USART_ISR_RXNE) != 0U)
      && ((USART6->CR1 & USART_CR1_RXNEIE) != 0U))
  {
    rxCb(USART6->RDR);
    return;
  }

  if (((USART6->ISR & USART_ISR_TXE) != 0U)
      && ((USART6->CR1 & USART_CR1_TXEIE) != 0U))
  {
    txCb();
    return;
  }
}

void rxCb(uint8_t byte)
{
  dbg_t* dbg = dbgG; // debug vars pointer
  
  if (dbg->tx) // use half duplex mode
    return;
  
  switch(dbg->rx_state)
  {
  default:
  case rxWaitS:
    if (byte==0xAA)
      dbg->rx_state = rxWaitC;
    break;
  case rxWaitC:
    if (byte == 0xFF)
      dbg->rx_state = rxReceive;
    else
      dbg->rx_state = rxWaitS;
    dbg->pos = 0;
    break;
  case rxReceive:
    if (byte == 0xAA)
      dbg->rx_state = rxEsc;
    else
      dbg->buf[dbg->pos++] = byte;
    break;
  case rxEsc:
    if (byte == 0xAA)
    {
      dbg->buf[dbg->pos++] = byte;
      dbg->rx_state  = rxReceive;
    }
    else if (byte == 0x00)
    {
      parseAnswer();
    }
    else
      dbg->rx_state = rxWaitS;
  }
}

void txCb()
{
  dbg_t* dbg = dbgG;
  switch (dbg->tx_state)
  {
  case txSendS:
    USART6->TDR = 0xAA;
    dbg->tx_state = txSendC;
    break;
  case txSendC:
    USART6->TDR = 0xFF;
    dbg->tx_state = txSendN;
    break;
  case txSendN:
    if (dbg->txCnt>=dbg->pos)
    {
      USART6->TDR = 0xAA;
      dbg->tx_state = txEnd;
      break;
    }
    if (dbg->buf[dbg->txCnt]==0xAA)
    {
      USART6->TDR = 0xAA;
      dbg->tx_state = txEsc;
      break;
    }
    USART6->TDR = dbg->buf[dbg->txCnt++];
    break;
  case txEsc:
    USART6->TDR = 0xAA;
    dbg->txCnt++;
    dbg->tx_state = txSendN;
    break;
  case txEnd:
    USART6->TDR = 0x00;
    dbg->rx_state = rxWaitS;
    dbg->tx = 0;
    CLEAR_BIT(USART6->CR1, USART_CR1_TXEIE);
    break;
  case txSendS2:
    USART6->TDR = 0xAA;
    dbg->tx_state = txBrk;
    break;
  case txBrk:
    USART6->TDR = 0xA5;
    dbg->rx_state = rxWaitS;
    dbg->tx = 0;
    CLEAR_BIT(USART6->CR1, USART_CR1_TXEIE);
    break;
  }
}

كل شيء بسيط هنا. بناءً على الحدث الذي حدث ، يستدعي معالج المقاطعة إما جهاز استقبال أو جهاز إرسال. للتحقق من عمل كل شيء ، نكتب معالج حزم يستجيب ببايت واحد:

void parseAnswer()
{
  dbg_t* dbg = dbgG;
  dbg->pos = 1;
  dbg->buf[0] = 0x33;
  dbg->txCnt = 0;
  dbg->tx = 1;
  dbg->tx_state = txSendS;
  SET_BIT(USART6->CR1, USART_CR1_TXEIE);
}

تجميع وخياطة وتشغيل. النتيجة مرئية على الشاشة ، لقد نجحت.

تبادل الاختبار

بعد ذلك ، تحتاج إلى تنفيذ نظائر الأوامر من بروتوكول خادم GDB:

قراءة الذاكرة
سجل الذاكرة
توقف البرنامج
استمرار التنفيذ
سجل نواة قراءة
إدخال سجل kernel
تحديد نقطة توقف
حذف نقطة التوقف

سيتم ترميز الأمر بالبايت الأول للبيانات. تحتوي رموز الفرق على أرقام حسب ترتيب تنفيذها:

2 - قراءة الذاكرة
3- سجل الذاكرة
4 - توقف
5 - تابع
6 - اقرأ الحالة
7- تثبيت نقطة توقف
8 - المقاصة
9 - الخطوة (فشل في التنفيذ)
10 - تسجيل الدخول (لم ينفذ)

سيتم إرسال المعلمات بالبايت التالي من البيانات.

لن تحتوي الإجابة على رقم الأمر ، مثل نحن نعلم بالفعل الفريق الذي أرسل.

لمنع الوحدة من رفع استثناءات BusFault أثناء عمليات القراءة / الكتابة ، يجب إخفاءها عند استخدامها على M3 أو أعلى ، أو كتابة معالج HardFault لـ M0.

memcpy آمنة

int memcpySafe(uint8_t* to,uint8_t* from, int len)
{
    /* Cortex-M3, Cortex-M4, Cortex-M4F, Cortex-M7 are supported */
    static const uint32_t BFARVALID_MASK = (0x80 << SCB_CFSR_BUSFAULTSR_Pos);
    int cnt = 0;

    /* Clear BFARVALID flag by writing 1 to it */
    SCB->CFSR |= BFARVALID_MASK;

    /* Ignore BusFault by enabling BFHFNMIGN and disabling interrupts */
    uint32_t mask = __get_FAULTMASK();
    __disable_fault_irq();
    SCB->CCR |= SCB_CCR_BFHFNMIGN_Msk;

    while ((cnt<len))
    {
      *(to++) = *(from++);
      cnt++;
    }

    /* Reenable BusFault by clearing  BFHFNMIGN */
    SCB->CCR &= ~SCB_CCR_BFHFNMIGN_Msk;
    __set_FAULTMASK(mask);

    return cnt;
}

يتم تنفيذ إعداد نقطة التوقف بالبحث عن أول سجل غير نشط FP_COMP.

تثبيت نقاط التوقف

	
  dbg->pos = 0; //  -    0
    addr = ((*(uint32_t*)(&dbg->buf[1])))|1; //    FP_COMP
    for (tmp = 0;tmp<8;tmp++) //      breakpoint 
      if (FP->FP_COMP[tmp] == addr)
        break;
    
    if (tmp!=8) //  , 
      break;
    
    for (tmp=0;tmp<NUMOFBKPTS;tmp++) //   
      if (FP->FP_COMP[tmp]==0) // ?
      {
        FP->FP_COMP[tmp] = addr; // 
        break; //  
      }
    break;

يتم التنظيف من خلال البحث عن نقطة التوقف المحددة. يؤدي إيقاف التنفيذ إلى تعيين نقطة توقف على جهاز الكمبيوتر الحالي. عند الخروج من مقاطعة UART ، تدخل النواة على الفور إلى DebugMon_Handler.

معالج DebugMon نفسه بسيط للغاية:

1. يتم تعيين العلم لوقف التنفيذ.
2. يتم مسح جميع نقاط التوقف المحددة.
3. في انتظار اكتمال إرسال رد على الأمر في uart (إذا لم يكن لديه الوقت للذهاب)
4. يبدأ إرسال تسلسل المقاطعة
5. في الحلقة ، يتم استدعاء معالجات أجهزة الإرسال والاستقبال حتى يتم تخفيض إشارة التوقف.

رمز معالج DebugMon

void DebugMon_Handler(void)
{
  dbgG->StopProgramm = 1; //   
  
  for (int i=0;i<NUMOFBKPTS;i++) //  breakpoint
    FP->FP_COMP[i] = 0;
  
  while (USART6->CR1 & USART_CR1_TXEIE) //    
    if ((USART6->ISR & USART_ISR_TXE) != 0U)
      txCb();

  
  dbgG->tx_state = txSendS2; //   Interrupt 
  dbgG->tx = 1;
  SET_BIT(USART6->CR1, USART_CR1_TXEIE);

  while (dbgG->StopProgramm) //       
  {
  	//   UART  
    if (((USART6->ISR & USART_ISR_RXNE) != 0U)
        && ((USART6->CR1 & USART_CR1_RXNEIE) != 0U))
      rxCb(USART6->RDR);

    if (((USART6->ISR & USART_ISR_TXE) != 0U)
        && ((USART6->CR1 & USART_CR1_TXEIE) != 0U))
      txCb(); 
  }
}

قراءة تسجيلات kernel من C-Syshny عندما تكون المهمة صعبة ، لذلك أعدت كتابة بعض التعليمات البرمجية على ASM. والنتيجة أن لا DebugMon_Handler ولا معالج المقاطعة UART ولا الأجهزة تستخدم المكدس. هذا يبسط تعريف قيم تسجيل النواة.

خادم Gdb

يعمل جزء وحدة التحكم الدقيقة في المصحح ، والآن دعنا نكتب الرابط بين IDE ووحدتنا.

من الصفر ، لا معنى لكتابة خادم تصحيح ، لذا لنأخذ خادمًا جاهزًا كأساس. نظرًا لأن لدي أكثر خبرة في تطوير البرامج على .net ، فقد اتخذت هذا المشروع كأساس وأعدت صياغته لمتطلبات أخرى. سيكون من الأصح إضافة دعم للواجهة الجديدة في OpenOCD ، لكن الأمر سيستغرق المزيد من الوقت.

عند بدء التشغيل ، يسألك البرنامج عن أي منفذ COM للعمل معه ، ثم يبدأ في الاستماع على منفذ TCP 3333 وينتظر اتصال عميل GDB.

تتم ترجمة جميع أوامر بروتوكول GDB إلى بروتوكول ثنائي.

ونتيجة لذلك ، تم إصدار تطبيق تصحيح أخطاء UART قابل للتطبيق.

النتيجة النهائية

استنتاج

اتضح أن تصحيح وحدة التحكم نفسها ليس أمرًا معقدًا للغاية.
نظريًا ، من خلال وضع هذه الوحدة في قسم ذاكرة منفصل ، يمكن أيضًا استخدامها وميض وحدة التحكم.

تم نشر ملفات المصدر على GitHub للدراسة العامة

لجزء متحكم
خادم GDB

تصحيح أخطاء وحدات التحكم ARM Cortex-M بواسطة UART Part 2

جزء منخفض المستوى

خادم Gdb

استنتاج

More articles: