Arduino平台基于DbC的软件调试

基于LED和串口通信的DBC调试工具：HAssert --- Hyper LED/Serial Assert 。

本文基于DbC思想 ，在Arduino平台上实现了两种断言显示方式---LED显示和串口输出显示。
LED显示方式
适用于没有串口(这种情况很少)，或者串口已经被占用的情况，只用一个LED的显示次数来调试程序；
串口输出显示方式
可以把断言内容传送到PC机，在PC机看到出错的位置（文件名和行号）。
以下的HAssert.h和HAssert.cpp实现了DbC调试的断言。

一.HAssert.h头文件

#ifndef H_ASSERT_H
#define H_ASSERT_H
#include <stdint.h>                 // C99-standard exact-width integers
#include <avr/pgmspace.h>
//#define ROM_BYTE(rom_var_)    pgm_read_byte_near(&(rom_var_))
//#define ROM   PROGMEM
/// 1.有/无断言选择开关（配置1）
// (1)调试时，   H_ASSERT = 1，断言有效
// (2)发布软件时,H_ASSERT = 0，自动去掉代码中插入的所有断言
#define H_ASSERT_EN  1
///2.LED/串口显示断言选择开关(配置2)
//(1)H_LED_ASSERT_EN = 1时，选择LED显示断言
//(2)H_LED_ASSERT_EN = 0时，选择串口显示断言
#define H_LED_ASSERT_EN   0
//=================================================
/// 状态LED引脚 (配置3)
#define H_ASSERT_LED_PIN    13 //Arduino板用13; MSR和SWT板用RxErr状态LED，7.
/// 状态LED延时时间(配置4)
// (1)仿真用了10000ms, 实际上可以修改成1秒的时间
#define H_ASSERT_LED_DELAY_TIME    1000 // ms
//================================================
///3.H_ASSERT_EN == 0，去掉断言宏
#if  H_ASSERT_EN == 0
    #define H_ASSERT_ID(id, test)
    #define H_REQUIRE_ID(id, test)
    #define H_ERROR_ID(id)
    #define H_BREAKPOINT_ID(id)
    #define H_DEFINE_THIS_FILE
    #define H_DEFINE_THIS_MODULE(name_)
    #define H_ASSERT(test)
    #define H_REQUIRE(test)
    #define H_ERROR()
    #define H_BREAK_POINT()
///4.H_ASSERT_EN == 1，加入断言宏
#else
    ///4.0.声明断言函数
    #ifdef __cplusplus
        extern "C" {
    #endif
        void H_onAssert_id(uint8_t id); //LED显示断言回调函数声明
        void H_onAssert(char const PROGMEM * const file, int line); //串口显示断言回调函数声明
    #ifdef __cplusplus
        }
    #endif
    ///4.1.LED断言宏
    #if H_LED_ASSERT_EN == 1
        ///LED断言---带id参数
        //(1).id参数可以指示错误分类等，如用LED闪亮的次数分类
        //(2). 建议id = 2~255, id=0和1都算做1次，以下类同
        ///断言宏
        #define H_ASSERT_ID(id, test)     if (test) { \
                                     } \
                                        else (H_onAssert_id((id)))
        ///必要条件
        #define H_REQUIRE_ID(id, test)   H_ASSERT_ID(id, test)
        ///错误
        #define H_ERROR_ID(id)           (H_onAssert_id((id)))
        ///断点
        #define H_BREAKPOINT_ID(id)      (H_onAssert_id((id)))
    ///4.2.串口断言宏
    #else
        ///加入到每个文件的#include "HSAssert.h"之后，文件的前边。
        //绝对路径文件，太长！
        #define H_DEFINE_THIS_FILE \
            static char const PROGMEM l_file[] = __FILE__;
        ///自己写文件名，或模块名
        #define H_DEFINE_THIS_MODULE(module_name_) \
            static char const PROGMEM l_file[] = #module_name_;
        ///断言宏
        #define H_ASSERT(test)     if (test) {\
                                    } \
                                else (H_onAssert(l_file, __LINE__))
        ///必要条件
        #define H_REQUIRE(test)  H_ASSERT(test)
        ///错误
        #define H_ERROR()       (H_onAssert(l_file, __LINE__))
        ///断点 停止
        #define H_BREAKPOINT()      { Serial.print("--- Breakpoint --- ");\
                                      (H_onAssert(l_file, __LINE__)); \
                                      cli();\
                                      while(1);\
                                    } while(0)
    #endif
#endif
#endif       

二.HAssert.cpp文件

#include <Arduino.h> 
#include "HAssert.h"
///1.LED断言函数实现---显示闪亮次数 
//(1).用一个LED亮表示有错，闪亮次数表示错误类型
//(2).有代码中不同的位置放id不同的断言宏，用闪亮的次数表示错误类型
//(3).建议id = 2~255，不建议用0和1.
//(4).有错误就会停止
void H_onAssert_id(uint8_t id) {
    pinMode(H_ASSERT_LED_PIN, OUTPUT);
    sei();
    delay(H_ASSERT_LED_DELAY_TIME);     
    for (uint8_t i = 0; i < id; i++) {
        digitalWrite(H_ASSERT_LED_PIN, LOW);
        delay(H_ASSERT_LED_DELAY_TIME);
        digitalWrite(H_ASSERT_LED_PIN, HIGH);
        delay(H_ASSERT_LED_DELAY_TIME);        
    }
    cli();
    while(1) { ; }  //停止，断言不会返回,错误就得处理掉！
    //asm volatile ("jmp 0x0000");    // 复位
}
///2.串行断言函数实现---显示文件和出错行
//只有H_BREAKPOINT()会停止
void H_onAssert(char const PROGMEM * const file, int line) {
    int i =0 ;  
    char ch, buffer[60];      
    do {
        ch = (char)pgm_read_word(file + i);
        buffer[i++] = ch;
    } while((ch != 0)&&(i < 60) );
    Serial.print(line - 3,DEC); Serial.print(" Line Error in "); 
    Serial.print(buffer); Serial.println(" file.");    
}

三.DbC测试程序

1.利用LED的DbC测试

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// 名称：利用LED的DbC测试
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///LED断言要求：HAssert.h中
//配置1：H_ASSERT_EN = 1
//配置2：H_LED_ASSERT_EN = 1
#include "HAssert.h"
void setup() {
}
void loop() {
    uint8_t x = 5;
    uint8_t y = 6;
    H_REQUIRE_ID(2,x==y); //判断逻辑错误时，闪亮2次，最后保持亮
    H_REQUIRE_ID(3,x != y); //判断逻辑正确时，不亮
H_ERROR_ID(10); //闪亮10次，最后保持亮
    H_BREAKPOINT_ID(10);//与 H_ERROR_ID(10)一样

    delay(100);
    while(1);
}

2.利用串口通信的DbC测试

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// 名称：利用串口通信的DbC测试
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///串口断言要求：HAssert.h中
//配置1：H_ASSERT_EN = 1
//配置2：H_LED_ASSERT_EN = 0
#include "HAssert.h"
#include <Arduino.h>
H_DEFINE_THIS_MODULE("Test_HAssert.ino") //自己写文件名
//HS_DEFINE_THIS_FILE  //绝对路径文件，太长！不用
void setup() {
    Serial.begin(9600);
}
void loop() {
    uint8_t x = 5;
    uint8_t y = 6;
    H_ASSERT(false);
    H_REQUIRE(x == y);
    H_REQUIRE(x != y); //满足条件，不输出
    H_ERROR();
     H_BREAKPOINT();
    delay(100);
    //while(1);
}

四.串口通信DbC测试效果

本文中只给出串口DbC测试的运行效果，LED的DbC测试是在Arduino板上用LED闪亮次数来表示出错的位置。