嵌入式代碼常見的容錯設計

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作者 | strongerHuang
微信公眾號 | strongerHuang
如果一個大型嵌入式項目，代碼沒有做容錯設計，你能想象后果是什么嗎？
有經(jīng)驗的朋友肯定能想到，這樣的項目會有無數(shù)bug，而且有些bug很難查找。
今天就來聊聊嵌入式代碼常見的一些容錯設計方法。
使用斷言（Assert）
什么是Assert斷言？這里舉一個栗子來說明吧。

有這么一個數(shù)組和函數(shù)：

int Array[5] = {0xA1, 0xB2, 0xC3, 0xD4, 0xE5};
int Fun(char i){    return Array;}
假如按下下面方式調用Fun函數(shù)，你覺得會出錯嗎？

int a;
a = Fun(8);
有經(jīng)驗的朋友肯定都猜到了，在Fun函數(shù)中增加斷言（Assert）機制，就可以避免出錯。

斷言（Assert）是代碼中最常見的一種容錯設計，很多源碼庫都能看到斷言的身影，比如STM32外設庫：

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct){  /* Check the parameters */  assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx));  assert_param(IS_GPIO_MODE(GPIO_InitStruct->GPIO_Mode));  assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_InitStruct->GPIO_Pin));  /* ... */}
明確返回值和錯誤碼
大家常用的協(xié)議棧、外設庫、操作系統(tǒng)等，它們的API大多設計的很完美，為函數(shù)設計合理的返回值，用于反饋操作的成功或失敗。例如，使用0表示成功，非0值表示特定的錯誤代碼。

比如RTOS創(chuàng)建任務函數(shù)：

INT8U  OSTaskCreate (void   (*task)(void *p_arg),                     void    *p_arg,                     OS_STK  *ptos,                     INT8U    prio){    OS_STK     *psp;    INT8U       err;#if OS_CRITICAL_METHOD == 3u                 /* Allocate storage for CPU status register               */    OS_CPU_SR   cpu_sr = 0u;#endif
#ifdef OS_SAFETY_CRITICAL_IEC61508    if (OSSafetyCriticalStartFlag == OS_TRUE) {        OS_SAFETY_CRITICAL_EXCEPTION();        return (OS_ERR_ILLEGAL_CREATE_RUN_TIME);    }#endif
#if OS_ARG_CHK_EN > 0u    if (prio > OS_LOWEST_PRIO) {             /* Make sure priority is within allowable range           */        return (OS_ERR_PRIO_INVALID);    }#endif    OS_ENTER_CRITICAL();    if (OSIntNesting > 0u) {                 /* Make sure we don't create the task from within an ISR  */        OS_EXIT_CRITICAL();        return (OS_ERR_TASK_CREATE_ISR);    }    /* ... */}為函數(shù)設計合理的返回值和錯誤碼，也會讓你的代碼更健壯，特別是找bug時更容易。
日志記錄
我們?yōu)槭裁匆�記錄日志？記錄詳細的日志信息，包括錯誤發(fā)生的時間、位置、原因等，以便在有bug出現(xiàn)時進行追蹤和分析。
我們學嵌入式之初，基本都會學習 printf 這種打印輸出的功能，這種打印對應的另一種功能就是日志記錄。

除了存儲在本地的日志之外，也可以使用 printf 打印輸出至另外終端（比如上位機）進行存儲日志。

致命Bug重啟策略
我們軟件遇到一些致命的bug時，比如硬件故障（HardFault）、內存溢出（MemManage）等，這個時候可以選擇重啟策略。

當然，重啟也要根據(jù)項目實際情況，選擇什么方式重啟，比如：內核復位、系統(tǒng)復位。

1. 內核復位
只復位Cortex-M內核，不會復位UART這些片內外設。

在Cortex-M內核文檔中大概有這樣的描述：通過設置 NVIC 中應用程序中斷與復位控制寄存器(AIRCR)的VECTRESET 位，可只復位處理器內核而不復位其它片上設施。
內核復位函數(shù)（參考內核代碼修改而來）：

void NVIC_CoreReset(void){  __DSB();  SCB->AIRCR  = ((0x5FA                  (SCB->AIRCR & SCB_AIRCR_PRIGROUP_Msk) |                 SCB_AIRCR_VECTRESET_Msk);       //置位 VECTRESET  __DSB();  while(1) { __NOP(); }}
2. 系統(tǒng)復位
軟件復位中的系統(tǒng)復位操作的寄存器位（SYSRESETREQ）不同，復位的對象為整個芯片（除后備區(qū)域）。

系統(tǒng)復位函數(shù)：

void NVIC_SysReset(void){  __DSB();  SCB->AIRCR  = ((0x5FA                  (SCB->AIRCR & SCB_AIRCR_PRIGROUP_Msk) |                  SCB_AIRCR_SYSRESETREQ_Msk);     //置位 SYSRESETREQ  __DSB();  while(1) { __NOP(); }}
靜態(tài)分析工具
使用靜態(tài)分析工具檢查代碼中的潛在問題，如未初始化的變量、內存泄漏、緩沖區(qū)溢出等。這些工具可以在編譯前發(fā)現(xiàn)許多問題，從而提高代碼質量。

雖然這算不上容錯設計，但這也是開發(fā)過程中重要的一個環(huán)節(jié)，其作用在一定程度上超過常規(guī)的容錯設計。

這里推薦閱讀：嵌入式開發(fā)常用的代碼靜態(tài)分析工具
最后，代碼bug千千萬，除了常規(guī)的容錯設計，代碼規(guī)范其實也很重要。
最最后，你們平時寫代碼，有考慮哪些容錯設計，歡迎留言評論。
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