在大多數(shù)固件開發(fā)過程中，需要有某種形式的診斷日志/跟蹤。如果在傳統(tǒng)串口上使用簡單的“printf”調(diào)用實(shí)現(xiàn)日志，每次日志調(diào)用的開銷通常是多個(gè)毫秒，這種時(shí)間消耗將干擾應(yīng)用程序的行為，在異常處理程序或快速控制循環(huán)等時(shí)間關(guān)鍵代碼中是不可接受的。

為了解決這個(gè)問題，很多MCU，如ARM Cortex-M3, M4或M7內(nèi)核的MCU，已經(jīng)在處理器中內(nèi)置了解決方案，即ITM - Instrumentation Trace Macrocell。

ITM是一個(gè)硬件單元，可以傳輸兩種類型的診斷數(shù)據(jù)：

1、由DWT單元生成的調(diào)試事件，例如異常事件和數(shù)據(jù)觀察點(diǎn)事件。

2、軟件插裝(SWIT)事件，即代碼記錄的自定義數(shù)據(jù)。

使用ITM，只需將數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的內(nèi)存映射寄存器，用戶即可將任何類型的數(shù)據(jù)作為SWIT事件傳輸?shù)街鳈C(jī)PC。通過相應(yīng)的調(diào)試器，傳輸只需幾個(gè)時(shí)鐘周期，ITM還支持硬件完成的時(shí)間戳。許多IDE允許用戶在調(diào)試窗口中查看這些數(shù)據(jù)，或者將數(shù)據(jù)寫入文件供以后分析。數(shù)據(jù)可以是字符形式的文本數(shù)據(jù)(來自printf輸出)，但也可以發(fā)送二進(jìn)制數(shù)據(jù)，ITM每次寫入最多支持32位數(shù)據(jù)。

ITM單元為SWIT事件提供了32個(gè)邏輯通道，每個(gè)通道都有一個(gè)相應(yīng)的stimulus寄存器，用于接受輸入。這些通道將診斷數(shù)據(jù)分成不同的類別。例如，ARM推薦通道0用于文本數(shù)據(jù)，通道31用于RTOS事件，而其他通道可以用于任何目的。所有ITM通道共享一個(gè)公共FIFO緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)依次連接到一個(gè)或兩個(gè)輸出端口。如果使用完整跟蹤端口和跟蹤調(diào)試器，則ITM數(shù)據(jù)包含在指令跟蹤(ETM)結(jié)果中，但也可以通過調(diào)試端口中常用的串行線輸出(SWO)接口獲得。大多數(shù)針對(duì)ARM MCU的調(diào)試器都支持SWO接口。

ITM FIFO緩沖區(qū)非常小，只有10個(gè)字節(jié)，因此如果使用低速的調(diào)試器，如果過于頻繁地向ITM端口寫入數(shù)據(jù)，可能會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失。這可以在寫入之前通過檢查ITM FIFO是否有空閑空間來防止，在沒有空間的情況下延遲寫入(參見下面的“fputc”代碼示例)。但是，如果調(diào)試器接收數(shù)據(jù)太慢，這種方式可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)的時(shí)間產(chǎn)生重大影響。

避免數(shù)據(jù)丟失和阻塞的更好方法是使用快速調(diào)試器，如SEGGER J-Link，Keil ULINK等允許60-100 MHz的SWO采樣率。

在代碼中使用ITM

ITM stimulus寄存器位于地址0xE0000000(端口0)到0xE000007C(端口31)。要寫入數(shù)據(jù)，需要做的就是在IDE中啟用ITM跟蹤，并將數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的寄存器。

如果使用的板級(jí)支持包包含ARM的CMSIS API，那么寫入數(shù)據(jù)很簡單:

#include"myMCU.h" // Includes CMSIS

…

ITM->PORT[0].u32 = mydata;

如果系統(tǒng)中沒有使用CMSIS API，可以直接為ITM stimulus寄存器定義宏，如下所示:

#defineITM_PORT(n) (*((volatile unsigned long *)(0xE0000000+4*n)))

…

ITM_PORT(0) = mydata;

在使用ITM跟蹤之前，需要使能ITM跟蹤?；贙eil μVision的示例如下，該系統(tǒng)已配置為在所有32個(gè)ITM stimulus端口啟用ITM跟蹤。如果可能的話，在“Trace port”中選擇Manchester模式，它允許比UART/NRZ模式更高的SWO時(shí)鐘頻率。

為了讓你的“printf”調(diào)用寫入ITM端口0，需要像這樣定義“fputc”函數(shù):

struct __FILE { int handle; /* Add whatever needed */ };

FILE __stdout;

FILE __stdin;

int fputc(int ch, FILE *f)

{

if(DEMCR & TRCENA) // Only ifITM isavailable

{

while(ITM_PORT(0) == 0); // Blockuntil room inITM FIFO

ITM_PORT(0) = ch; // Writethe data

}

return(ch);

}

ITM是大多數(shù)ARM開發(fā)工具支持的重要調(diào)試技術(shù)，它在調(diào)試中有許多應(yīng)用，并且易于入門!

Percepio Tracealyzer利用ITM的性能，實(shí)現(xiàn)RTOS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)跟蹤。Tracealyzer允許用戶跟蹤和可視化RTOS任務(wù)，異常(ISR)和其他軟件事件的執(zhí)行，提供超過30個(gè)相互關(guān)聯(lián)的視圖，為基于RTOS的固件的運(yùn)行時(shí)世界提供驚人的視覺洞察，加速開發(fā)，驗(yàn)證和調(diào)試。

Tracealyzer支持ARM Cortex-M3, M4和M7 MCU的ITM跟蹤，實(shí)現(xiàn)FreeRTOS，μC/OS-III和SafeRTOS等RTOS的可視化分析。

審核編輯：劉清