FreeRTOS基础篇（八）——高级调试功能

前言：
本篇文章介绍FreeRTOS的移植方法，以stm32f103举例。

1 介绍

FreeRTOS提供了多种高级调试功能，帮助开发者在开发和优化嵌入式系统时定位问题、分析运行状态。主要包括：

可视化跟踪（Trace Facility）：通过启用 configUSE_TRACE_FACILITY 和使用第三方工具（如 Tracealyzer 和 SystemView ），可记录任务调度、队列操作、内存分配等事件，生成时间轴视图，用于分析系统行为和性能瓶颈。
运行时统计（Runtime Stats）：启用 configGENERATE_RUN_TIME_STATS 后，可统计每个任务占用的 CPU 时间，帮助识别高负载任务，通常依赖一个高精度定时器提供时间基准。
钩子函数（Hook Functions）：
1. Idle Hook：在空闲任务中执行用户代码（如低功耗处理）。
2. Tick Hook：每滴答中断调用一次，适合短时周期操作。
3. Malloc Failed Hook：内存分配失败时触发，可用于错误日志。
4. Stack Overflow Hook：检测到栈溢出时调用，便于及时发现堆栈问题。
断言机制（configASSERT）：启用后可在运行时检查关键条件（如参数合法性），若失败则调用 configASSERT() 宏（可映射到断点或日志输出），极大提升调试安全性。
任务状态查看 API：
1. vTaskList()：输出所有任务的状态、优先级、堆栈使用等信息到字符串（需启用 configUSE_TRACE_FACILITY 和 configUSE_STATS_WRITING_FUNCTIONS）。
2. vTaskGetRunTimeStats()：输出各任务 CPU 使用率。
3. 适用于串口打印或调试界面展示。
内存调试支持：
1. 支持多种堆管理方案（heap_1 ~ heap_5），其中 heap_4 和 heap_5 支持内存对齐与合并。
2. 可启用 configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK 捕获内存分配失败。
3. 配合工具可实现内存泄漏检测。

2 Tracealyzer

对比Percepio Tracealyzer和SEGGER SystemView两款主流FreeRTOS跟踪工具：

特性维度	Percepio Tracealyzer	SEGGER SystemView
核心定位	深度、专业的系统级性能分析与优化工具。	直观、高效的实时运行时行为可视化与调试工具。
授权与成本	商业授权，价格较高。有试用期，长期使用需购买。	教育与非商业用途免费，无功能或时间限制。商业用途需授权。
数据记录模式	两种模式：流模式（实时调试）和快照模式（离线黑盒诊断），后者对部署现场问题诊断特别有用。	主要实时流模式，通过J-Link的RTT技术实现低延迟数据传输。
平台与RTOS支持	支持广泛，包括FreeRTOS、ThreadX、Zephyr等，对Linux也有支持。	主要支持集成其组件的RTOS（如embOS、FreeRTOS、RT-Thread等）。
功能性亮点	提供超过30个分析视图，擅长深度分析性能瓶颈、CPU占用率、任务交互等，功能全面。	界面直观，实时性强，支持多核系统同步观测，对任务调度、中断时序的显示非常清晰。
硬件依赖	灵活，支持J-Link、ST-Link、UART、TCP/IP等多种接口。	最佳体验依赖J-Link，虽然也可通过UART等其他方式传输数据。