摘要：为了提升在VxWorks开发过程中的调试效率和灵活性，提出一种串口调试信息组合打印和输出管理方法。將时间信息和文件信息组合输出，通过调试信息编号与调试信息等级进行打印输出管理，同时支持颜色控制和文件保存。实验仿真表明，借助该方法能够快速实现定位和故障现场恢复，使软件调试、运行监测和系统维护更加清晰直观，满足大系统集成的需要。
关键词：VxWorks；串口调试；输出管理
中图分类号：TP31文献标志码：A文章编号：1008-1739（2019）22-57-3
0引言
在嵌入式VxWorks[1]软件开发过程中，通过串口输出打印信息，串口终端监控调试信息是一种常用的调试手段。在VxWorks实时操作系统中，打印输出接口主要使用printf， logMsg函数。printf函数是一个参数个数可变的函数，功能是按照用户指定的格式，将数据按一定的格式输出若干个任意类型的数据[2]。如果其他任务正在使用，则因临界资源问题会堵塞[3]当前任务，因此不可用于中断。中断服务程序应尽快结束，否则将引起阻塞，有许多函数不可调用，如：printf（），malloc（），semTake（）函数等，但可以使用semGive（），logMsg（），msgQSend（），bcopy（）[4]。
与之对应的logMsg函数为任务式打印输出函数、非实时性打印输出，且固定为6个参数。VxWorks内核创建优先级为0的tLogTask打印任务，通过信号量同步消息，格式化调试信息后打印输出，也同时打印输出对应调用的任务名。
在实际应用时，直接使用printf， logMsg都存在不足。为了方便调试和开发，本文结合二者优点，提出一种串口调试打印输出管理方法。此方法使用通用的宏定义，支持可变参数和非实时性打印输出，支持多核多任务系统使用，在调试信息打印输出时同时输出当前时间、文件名称和对应行数，并支持颜色控制和文件保存，支持通过调试信息编号和等级管理输出内容。
1软件设计
方法设计时使用标准C/C++开发，操作系统使用VxWorks5.5.1，开发环境使用Tornado，硬件通信方式使用SecureCRT[5]，打印输出使用logMsg，仿真环境使用VxSim。目标仿真器VxSim提供了与真实目标机一致的调试与仿真运行环境，用户不需要目标机和操作系统配置即可在Tornado环境中迅速开发调试[6]。
定义此软件名为log4m，初始化完成后，对调试信息编号和等级进行管理，如果允许输出则先加锁，组合当前时间、调试信息等级、调试信息内容、文件名称和对应行数，并进行颜色控制和文件保存，调用logMsg打印输出，解锁后完成一次调试信息的有效输出。软件运行流程图如图1所示。
1.1实现方式
在软件实现时，存在常用的4种实现方式。
方式1：使用临时变量作为缓存空间，无需资源互斥锁，但存在临时变量被系统回收后打印乱码的问题，且消耗任务堆栈[7]资源。
方式2：使用new堆栈的方式作为缓存空间，但反复new， delete，存在软件设计内存溢出和越界的风险。
方式3：使用全局变量作为缓存空间，需要二进制信号量互斥锁，同时为了防止打印乱码需要使用数据输出循环缓存方式。此方式可增加调试信息保存到文件中，因为在读写文件时同样需要使用资源互斥锁。二进制信号量能有效对共享资源的访问进行互锁，来实现互斥。
方式4：使用创建任务方式，将打印输出放入缓存列表中，通过低优先级任务输出，保证当前运行任务的实时性能，存在输出打印实时性变差的问题。
结合实际使用情况，本文设计使用方式3，在开发阶段牺牲了一定的实时性能，但无需反复申请堆栈，同时满足调试打印的实时性。产品交付后，可通过输出管理直接关闭打印输出，减少因打印导致系统实时性能减弱的问题。
1.2打印输出管理
在打印输出管理时，使用调试信息编号ID管理和调试信息等级LEVEL管理。
调试信息编号ID管理，设计10个调试信息ID，其中ID为0是默认ID号，通过对外的接口控制相应的ID号是否输出。调试信息ID的设计根据调试信息的类别进行区分，将一个大系统中的多种类多任务调试信息打印分开管理，防止打印信息过多导致实时性能减弱和延误查找调试信息。
调试信息等级LEVEL管理，设计4个调试信息等级，从低到高分别为LOG4M_LEVEL_DEBUG、LOG4M_LEVEL_ WARNS，LOG4M_LEVEL_ERROR，LOG4M_LEVEL_FATAL，对应调试级、警告级、错误级和重大级。调试信息等级的设计根据调试信息重要性进行区分，将重要的调试信息通过颜色控制和调试信息等级提示分开管理，提高调试效率。
1.3调试信息内容组合
在调试信息内容组合时，使用宏定义和可变参数的设计，使用时将宏定义转为格式转换程序。在preLog4m函数中，实现调试信息编号ID管理和调试信息等级LEVEL管理；使用Log4m_Event信号量，进行资源互斥锁，semTake加锁，semGive解锁；使用sprintf对可变参数进行格式转换；在makeLog4m函数中，实现调试信息组合、颜色控制和文件保存，调试信息的组合内容，包括当前时间输出、调试信息等级、调试信息内容、文件名称和对应行数；通过VxWorks系统库函数time，localtime[8]获取当前时间，通过编译器内置宏__FILE__获取文件路径，编译器内置宏__LINE__获取对应行数，使用sprintf，strcat，将当前时间、文件名称和对应行数组合，其中文件名可使用strrchr（file，’/’）分割文件路径获取。
1.4颜色控制和文件保存
使用转义字符“e”更改输出格式，根据调试信息等级调用不同的输出格式，实现颜色控制。常用的输出格式有“＼e[0m”，“＼e[1m”，“＼e[30m”，“＼e[31m”，“＼e[40m”，“＼e[41m”。其中，“＼e[0m”标识清除所有格式，“＼e[1m”标识字体加粗，“＼e[30m”标识黑色字体，“＼e[31m”标识红色字体，“＼e[40m”标识黑色背景色，“＼e[41m”标识红色背景色。需要注意不同的打印终端存在差异，实际颜色控制效果略有不同。更改输出格式后，格式更改会一直保持，需要使用“＼e[0m”清除格式或退出打印终端。例如log4m_stroems标识准备输出的调试信息，LOG4M_COLOR为常量数组保存输出格式。
算法3：颜色控制程序
在具有可读写硬盘的环境下，可启用文件保存功能，将调试信息保存到硬盘中。离线调试、恢复现场和问题回溯时，可快速定位错误位置和故障原因。
2实验仿真
在VxSim中仿真模拟调试打印和输出管理过程，因VxSim中不支持转义字符“e”，仿真时不使用颜色控制。仿真程序在初始化InitLog4m完成后，使用测试程序仿真运行，程序如下：
在VxSim0中打印输出“InitLog4m started！”，对应的源码文件名为log4micro.cpp，在第149行時调用，初始化完成；在VxSim0中打印输出“test=1，info=2”，对应的源码文件名为log4micro.cpp，在第152调用，与测试要求一致。
仿真运行结果如图2所示。
3结束语
本文讨论了一种基于VxWorks串口调试信息组合打印和输出管理方法，详细介绍了软件设计中的实现方式、打印输出管理、调试信息内容组合、颜色控制和文件保存，并通过仿真模拟的方式实现了此方法。通过使用此方法，在VxWorks嵌入式实时操作系统软件联试阶段和系统集成阶段，能有效提高软件设计和调试效率，具有一定工程意义。
参考文献
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