在嵌入式開(kāi)發(fā)中，調(diào)試永遠(yuǎn)是最痛苦的環(huán)節(jié)。你是否曾經(jīng)為了定位一個(gè)卡頓、死機(jī)、優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)的問(wèn)題而疲憊不堪？你是否希望能實(shí)時(shí)觀察系統(tǒng)的運(yùn)行細(xì)節(jié)，比如任務(wù)切換、時(shí)間片分配、ISR 響應(yīng)時(shí)間？

SystemView 解決了哪些痛點(diǎn)？

傳統(tǒng)日志靠串口輸出，信息有限、時(shí)序混亂，遇到高頻中斷或多任務(wù)調(diào)度就無(wú)能為力。而 SystemView 是 SEGGER 出品的實(shí)時(shí)跟蹤分析工具，它解決了：

任務(wù)調(diào)度不可見(jiàn)？→ 一目了然！

中斷響應(yīng)太慢？→ 毫秒級(jí)分析！

性能瓶頸難以定位？→ 函數(shù)級(jí)耗時(shí)統(tǒng)計(jì)！

系統(tǒng)卡住沒(méi)信息？→ 最后一幀也能還原現(xiàn)場(chǎng)！

SystemView 幫你把 RTOS 從“黑盒”變成“透視玻璃”。

SystemView 的工作原理

SystemView 通過(guò)以下幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控：

鉤子函數(shù)植入在 RTOS 中植入鉤子函數(shù)，實(shí)時(shí)捕獲任務(wù)切換、中斷入口和退出等關(guān)鍵事件。

事件寫(xiě)入 RTT 緩沖區(qū)捕獲的事件數(shù)據(jù)被寫(xiě)入 MCU 內(nèi)部的 RTT（Real-Time Transfer）緩沖區(qū)，這是一個(gè)高效的環(huán)形數(shù)據(jù)區(qū)。

數(shù)據(jù)通過(guò)調(diào)試接口傳輸利用 MCU 的調(diào)試接口（如 SWD），RTT 緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)被高速傳輸?shù)?a target="_blank">開(kāi)發(fā)者的 PC 端。

PC 端實(shí)時(shí)解析與顯示SystemView PC 工具接收數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)解析任務(wù)執(zhí)行順序、時(shí)間關(guān)系及內(nèi)核對(duì)象狀態(tài)，并以圖形化界面展示。

實(shí)現(xiàn)低延遲與高可靠監(jiān)控這種設(shè)計(jì)保證了系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)反映，方便開(kāi)發(fā)者快速定位和分析問(wèn)題。

SystemView 能做什么？

SystemView 是一個(gè)可以在線調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的工具，它能分析系統(tǒng)中哪些中斷、任務(wù)被執(zhí)行了，以及它們的執(zhí)行順序和時(shí)間關(guān)系。同時(shí)，它還能記錄系統(tǒng)中各種內(nèi)核對(duì)象（如信號(hào)量、互斥量、事件、消息隊(duì)列等）的持有和釋放時(shí)間點(diǎn)，這對(duì)于調(diào)試復(fù)雜的多線程系統(tǒng)非常有效。

SystemView 能夠?qū)崿F(xiàn)：

實(shí)時(shí)任務(wù)切換跟蹤

中斷進(jìn)出時(shí)序圖

CPU 占用率統(tǒng)計(jì)

用戶(hù)自定義事件插樁

時(shí)間軸回放與數(shù)據(jù)保存

支持多種主流 RTOS（RT-Thread / FreeRTOS / embOS 等）

盡管 SystemView 提供了強(qiáng)大的系統(tǒng)分析能力，但其在實(shí)際部署中的門(mén)檻仍不容忽視。

傳統(tǒng)上，SystemView 依賴(lài)于 SEGGER 提供的 J-Link 仿真器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和傳輸。這種方案在功能上確實(shí)成熟穩(wěn)定，但對(duì)許多開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，也帶來(lái)了一些不小的使用負(fù)擔(dān)：

正版 J-Link 的成本相對(duì)較高，盜版J-Link總是容易報(bào)錯(cuò)；

同時(shí)，J-Link 本身并非為 SystemView 單獨(dú)設(shè)計(jì)，在多功能疊加的實(shí)際工程中，調(diào)試、下載、串口通信往往需要額外配合其他工具才能完成。

如何降低 SystemView 的使用門(mén)檻？

其實(shí)，SystemView 并不強(qiáng)制要求使用 J-Link——它還提供了一個(gè) UART 模式接口，用于在不具備 SWO 或 Trace 能力的芯片上進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。這個(gè) UART 模式的通信協(xié)議是公開(kāi)的，允許通過(guò)串口發(fā)送命令、讀取 RTT 緩沖區(qū)，從而實(shí)現(xiàn) SystemView 的核心功能。

那么問(wèn)題來(lái)了：

既然 SystemView 可以用 UART 傳輸數(shù)據(jù)，那能不能把這些串口數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)到 SWD 上的 RTT 通道，從而間接實(shí)現(xiàn)和 MCU 的數(shù)據(jù)交互？

剛好，我制作的多功能工具M(jìn)icroLink 原本就具備RTT 通信的能力，因此可以順勢(shì)在此基礎(chǔ)上拓展，實(shí)現(xiàn)對(duì) SystemView UART 協(xié)議的兼容與轉(zhuǎn)發(fā)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：

SystemView PC 工具選擇UART 模式進(jìn)行通信，通過(guò)虛擬串口向 MicroLink 發(fā)送特定格式的數(shù)據(jù)；

MicroLink 內(nèi)部固件識(shí)別并適配 SystemView 的 UART 協(xié)議，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析；

MicroLink 將接收到的指令映射為對(duì)目標(biāo) MCU 內(nèi)存的讀寫(xiě)操作，通過(guò)SWD 接口實(shí)現(xiàn)真實(shí)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)；

MCU 中運(yùn)行的SystemView 嵌入式端程序將運(yùn)行數(shù)據(jù)（任務(wù)調(diào)度、事件、ISR 等）寫(xiě)入 RTT UpBuffer；

MicroLink從 RTT Buffer 中讀取數(shù)據(jù)，再通過(guò)串口返回給 SystemView PC 工具；

最終，SystemView 實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程，形成完整的數(shù)據(jù)回環(huán)。

從此你無(wú)需再專(zhuān)門(mén)購(gòu)買(mǎi)昂貴的正版 J-Link，無(wú)需額外接線，也無(wú)需修改一行代碼。只要插上 MicroLink，打開(kāi) SystemView，選擇 UART 模式，點(diǎn)擊 Start，一切就緒。

MicroLink是一個(gè)在傳統(tǒng) DAPLink 的基礎(chǔ)上進(jìn)行了全面升級(jí)，集成了在線仿真器、USB 轉(zhuǎn)串口、脫機(jī)下載器、RTT 通信、SystemView 支持、拖拽燒錄以及用戶(hù)可編程自動(dòng)化工具等多個(gè)功能于一體的“一站式”的調(diào)試與開(kāi)發(fā)工具。

為了感謝大家的關(guān)注和支持，我準(zhǔn)備了一波 MicroLink 抽獎(jiǎng)活動(dòng)，歡迎參與贏取這款開(kāi)發(fā)好幫手！

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SystemView 移植與使用步驟

SystemView 包含兩個(gè)部分：

PC 端程序：由 SEGGER 提供的 SystemView 工具，可收集并可視化展示嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的行為，包括任務(wù)調(diào)度、中斷響應(yīng)、系統(tǒng)事件等。支持實(shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)保存以供離線分析。

嵌入式端程序：需要集成到 MCU 工程中，負(fù)責(zé)記錄運(yùn)行信息并通過(guò)RTT（Real-Time Transfer）模塊實(shí)時(shí)發(fā)送到 PC。

嵌入式端程序移植步驟

只需要利用 RT-Thread 推出的 Env 工具 使能 SystemView 軟件包，并對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的配置，就能完成 SystemView 的嵌入式端程序的配置。

以STM32 BSP stm32f103-onenet-nbiot為例，內(nèi)核版本5.2.0，MicroLink固件版本V2.3.1及以上。

步驟一：在 Env 工具中進(jìn)入 menuconfig 圖形化配置工具

打開(kāi) Env 工具，使用命令cd D:rt-threadbspstm32切換到 RT-Thread 源碼 BSP 根目錄下的 stm32f103-onenet-nbiot 目錄，然后輸入命令menuconfig配置工程。

利用上下鍵選中 RT-Thread online packages，按回車(chē)鍵進(jìn)入下級(jí)菜單，在 tools packages 中打開(kāi) SystemView 。

步驟二：配置SystemView

Version選擇latest最新版本，其他選項(xiàng)不需要配置。

menuconfig 配置選項(xiàng)說(shuō)明：

步驟三：打開(kāi)內(nèi)核鉤子函數(shù)

利用上下鍵選中 RT-Thread Kernel，按回車(chē)鍵進(jìn)入下級(jí)菜單，打開(kāi) Enable hook list。

配置好選項(xiàng)之后，按 ESC 返回，退出并保存配置，這樣 SystemView 軟件包的使能和相關(guān)配置就完成了。

后面我們以一個(gè)具體的 demo 來(lái)講解 SystemView 工具的使用。

添加示例代碼

在文件 main.c 中添加以下代碼，然后在 main 函數(shù)中調(diào)用 demo 初始化函數(shù)demo_init();運(yùn)行 demo。

/*
* 程序清單：systemview 演示代碼
*
* 這個(gè)例子中將創(chuàng)建一個(gè)動(dòng)態(tài)信號(hào)量(初始值為0)及兩個(gè)動(dòng)態(tài)線程，在這個(gè)兩個(gè)動(dòng)態(tài)線程中
* 線程2將試圖采用永遠(yuǎn)等待方式去持有信號(hào)量，持有成功之后發(fā)送運(yùn)行標(biāo)志。
* 線程1將先發(fā)送正在運(yùn)行標(biāo)志，然后釋放一次信號(hào)量，因線程2的優(yōu)先級(jí)較高，線程2持有到信號(hào)量將線程1搶斷。
* 然后線程2發(fā)送運(yùn)行標(biāo)志之后，獲取不到信號(hào)量，被掛起，線程1繼續(xù)運(yùn)行
*/
#defineTHREAD_PRIORITY     25
#defineTHREAD_STACK_SIZE    512
#defineTHREAD_TIMESLICE    5
/* 指向信號(hào)量的指針 */
rt_sem_tsem_food;
/* 線程1入口 */
voidthread1_entry(void* parameter)
{
 while(1)
  {
   /* 線程1第一次運(yùn)行 */
    rt_kprintf("thread1 is run!n");
   /* 釋放一次信號(hào)量 */
    rt_sem_release(sem_food);
   /* 線程1第二次運(yùn)行 */
    rt_kprintf("thread1 run again!n");
   /* 線程1延時(shí)1秒 */
    rt_thread_delay(RT_TICK_PER_SECOND);
  }
}
/* 線程2入口 */
voidthread2_entry(void* parameter)
{
 while(1)
  {
   /* 試圖持有信號(hào)量，并永遠(yuǎn)等待直到持有到信號(hào)量 */
    rt_sem_take(sem_food, RT_WAITING_FOREVER);
   /* 線程2正在運(yùn)行 */
    rt_kprintf("thread2 is run!n");
  }
}
/* DEMO初始化函數(shù) */
voiddemo_init(void)
{
 /* 指向線程控制塊的指針 */
 rt_thread_tthread1_id, thread2_id;
 /* 創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量，初始值是0 */
  sem_food = rt_sem_create("sem_food",0, RT_IPC_FLAG_PRIO);
 if(sem_food == RT_NULL)
  {
    rt_kprintf("sem created fail!n");
   return;
  }
 /* 創(chuàng)建線程1 */
  thread1_id = rt_thread_create("thread1",
          thread1_entry, RT_NULL,/* 線程入口是thread1_entry, 參數(shù)RT_NULL */
          THREAD_STACK_SIZE, THREAD_PRIORITY, THREAD_TIMESLICE);
 if(thread1_id != RT_NULL)
    rt_thread_startup(thread1_id);
 /* 創(chuàng)建線程2 */
  thread2_id = rt_thread_create("thread2",
          thread2_entry, RT_NULL,/* 線程入口是thread2_entry, 參數(shù)RT_NULL */
          THREAD_STACK_SIZE, THREAD_PRIORITY -1, THREAD_TIMESLICE);
 if(thread2_id != RT_NULL)
    rt_thread_startup(thread2_id);
}

PC 端SystemView 配置及使用

步驟一：下載 SystemView 分析工具

下載鏈接:

https://www.segger.com/products/development-tools/systemview/

步驟二：為 RT-Thread 添加系統(tǒng)描述文件

首先找到開(kāi)發(fā)板目錄下的 packages 目錄，然后在 packages 目錄下找到 segger_debug-xxx 目錄，在這個(gè)目錄里面有一個(gè) SystemView_Description 文件夾，RT-Thread 系統(tǒng)的描述文件就在里面，具體的目錄結(jié)構(gòu)如下所示：

bsp\你自己的開(kāi)發(fā)板\packages\segger_debug-xxx\SystemView_Description\SYSVIEW_RT-Thread.txt

將這個(gè)文件復(fù)制到 SystemView 工具安裝目錄下的 Description 目錄下，這樣 SystemView 就可以識(shí)別出 RT-Thread 系統(tǒng)了。

步驟三：連接MicroLink，啟動(dòng)SystemView 功能

使用串口助手工具連接MicroLink提供的虛擬串口，并發(fā)送SystemView.start(0x20000000,1024,1)指令，來(lái)啟動(dòng)MicroLink的SystemView 功能模塊。

SystemView.start(0x20000000,1024,1)

0x20000000:搜索RTT控制塊的起始地址；

1024：搜尋范圍大小；

1：?jiǎn)?dòng)RTT的通道。

如上圖所示提示Find SEGGER RTT addr 0x200002ec，說(shuō)明已成功啟動(dòng)SystemView 功能，然后關(guān)閉串口。

如果提示no find _SEGGER_RTT addr，可以打開(kāi)map文件，搜索_SEGGER_RTT 變量的地址，如下圖所示_SEGGER_RTT 地址為0X200002ec，然后將命令替換為SystemView.start(0X200002ec,1024,1)

步驟四：配置設(shè)備信息，開(kāi)始錄制

雙擊打開(kāi) SystemView PC端程序，點(diǎn)擊Taget

選擇UART連接模式

COM口選擇剛才配置MicroLink啟動(dòng)SystemView 功能的端口號(hào)，由于MicroLink的虛擬串口使用的是USB CDC模式，所以不需要配置波特率，保持默認(rèn)就行。

點(diǎn)擊OK，啟動(dòng)開(kāi)始錄制按鈕，SystemView 就開(kāi)始實(shí)時(shí)錄制系統(tǒng)信息了。

步驟五：結(jié)束錄制，分析系統(tǒng)

點(diǎn)擊結(jié)束錄制按鈕，結(jié)束錄制。將鼠標(biāo)放置到時(shí)間軸窗口里，利用滾輪將事件放大到適合分析的大小

利用 SystemView 工具我們可以看出來(lái)，系統(tǒng)的運(yùn)行確實(shí)如我們?cè)O(shè)想的那樣，線程1先開(kāi)始運(yùn)行，然后在釋放信號(hào)量之后被線程2搶斷。然后線程2運(yùn)行，之后因獲取不到信號(hào)量被掛起，線程1繼續(xù)運(yùn)行。從上面的事件列表還可以看到每個(gè)線程獲取或釋放信號(hào)量的具體時(shí)間。

在這次 demo 中，我們可以總結(jié)出系統(tǒng)整體：

線程切換有序、無(wú)異常延遲；

CPU 主要處于空閑狀態(tài)，說(shuō)明整體系統(tǒng)負(fù)載非常低；

所有事件、切換、運(yùn)行時(shí)間都精確呈現(xiàn)。

常見(jiàn)問(wèn)題答疑（FAQ）

審核編輯 黃宇