SystemView 介绍与移植

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version : v1.0 「2022.7.20」 第一版

author： Y.Z.T.

version : v2.0 「2022.7.21」 添加部分漏掉的内容[详见](# 3.1 补充)

author： Y.Z.T.

摘要： 介绍systemview，以及移植过程

简介： 前几天在看RM官方代码(RoboRTS-Firmware-icra2021)时，看到其中对SystemView的应用，稍微花了点时间研究了一下，感觉挺有用的，记录一下


0️⃣前言

在使用FreeRTOS进行应用开发时经常会遇到普通的方式难以调试的问题，如栈内存不足等等，同时也希望对运行的多个Task进行实时的

性能及资源占用的分析，通常的调试手段在这里就变的心有余而力不足了。以FreeRTOS为例，如何在长时间的运行过程中收集调试数据

进行分析，以及如何调试不同的组件（如Queue，Notification，Semaphore等等）？这个时候就需要Trace工具帮忙了。针对RTOS的

Trace需求，接下来将针对SEGGER开发的SystemView Trace工具进行介绍。

1️⃣什么是SystemView？

SystemView是SEGGER开发的针对嵌入式系统的trace工具，支持多种RTOS，也支持自定义OS的移植（需实现trace API，参见User

Manual）。其核心基于SEGGER RTT，一个Host-Target间的通信框架，可通过多种方式连接，除J-LINK之外还可以使用串口及TCP-IP协

议，对非商业用途免费且无功能限制。

SystemView 是一个用于虚拟分析嵌入式系统的工具包。SystemView 可以完整的深入观察一个应用程序的运行时行为，这远远超出一个

调试器所能提供的。这在开发和处理具有多个线程和事件的复杂系统时尤其有效。

官方介绍

SystemView的原理简单来讲是这样的：首先上位机PC端有一个处理程序，下位机ARM上需增加部分代码，用于记录嵌入式系统的一些数

据，通过连接的仿真器接口将数据传输到上位机，然后PC端的处理程序处理这些数据，由于数据传输使用的是SEGGER J-link的实时传输

技术（RTT），所以SystemView可以实时分析和展示数据。分析的内容包括中断、任务、软件定时器执行的时间，切换的时间，以及发

生的事件等，这些分析都是实时的，丝毫不影响下位机的运行。这样就可以验证我们设计的整个嵌入式系统是否按照我们的预期在工作，

比如任务的切换逻辑，中断的触发等。它可以应用于带有RTOS的系统，也支持裸机，对于下位机资源的消耗量也是比较少的。

2️⃣ 测试环境

开发板： ACE实验室H7通用开发板 // ACE实验室哨兵H7云台板

主控芯片： STM32H750VBT6

CPU： Cortex-M7

最高主频： 480MHZ

测试程序： [2022_sentryH750_v1.3.5] / [systemview_test]

FreeRTOS版本： v10.3.1

FreeRTOS说明： FreeRTOS为STM32CubeMX配置的未修改版本。

开发平台： VSCODE、MDK-ARM

程序编辑： VSCODE

程序调试： MDK-ARM [ v 5.35.0.2]

调试设备： J-Link仿真器 ： [ACE - Sentry-哨兵] / [Sentry]

Systemview 程序包： SystemView_Windows_V332_x86

下载链接

3️⃣移植过程

PC端程序包下载：

在官网上下载Systemview程序包

在这里插入图片描述

window端的程序有两种

安装包

从官网下载最新的DEB包或者RPM包并执行。安装向导会指引完成安装。

可移植压缩包

从官网下载最新的存档，解压到系统的任意目录。
这种方式不需要安装，解压后就可以直接使用程序包内容。

代码移植

将程序包内SEGGER 目录下代码以及 Sample 中的FreeRTOS代码添加到项目中。

1. 首先是Config文件夹下面的所有文件。

在这里插入图片描述

2. 根据自己的RTOS版本选择系统配置文件（我的是 FreeRTOS v10.3.1 选择用 FreeRTOSV10）

在这里插入图片描述

3. RTT相关文件

在这里插入图片描述

4. 放进项目里面的systemview文件夹

在这里插入图片描述

5. 程序添加
  1. 在FreeRTOS.h 中添加 #include "SEGGER_SYSVIEW_FreeRTOS.h"
1
SEGGER_SYSVIEW_Conf();

在这里插入图片描述

  1. 在main.c里面添加#include "SEGGER_SYSVIEW.h"
1
#include "SEGGER_SYSVIEW.h"

在这里插入图片描述

  1. 然后还需要在系统启动前添加segger systemview的初始化
1
2
/*  systemview 初始化 */
   SEGGER_SYSVIEW_Conf();

在这里插入图片描述

3.1 补充

还要在系统启动前启动DWT计数器

在这里插入图片描述

[默认情况下SystemView会从DWT的Cycle counter获取系统当前周期数用于生成时间戳 ; 但在STM32CubeMX的初始化代码中该计数器默认未启用，在这里手工启用。 详见（stm32延时方式 dwt.pdf）]

  1. 在FreeRTOSConfig.h中添加宏定义
1
2
#define INCLUDE_xTaskGetIdleTaskHandle  1
#define INCLUDE_pxTaskGetStackStart     1

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  1. 取消勾选keil的GNU勾选模式

[不然会报错]

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​ 环境问题（未解决）

[ps: 取消之后目前已知问题，会导致print 重定义出问题]

在这里插入图片描述

​ 暂时是注释解决

到这里就完成了在STM32上的程序移植。

4️⃣ 使用过程

1. 启动SystemView

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2. 可能会弹出警告，说没有商业许可；不管他，暂时没发现问题

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3. SystemView将加载并分析这些数据，展示加载的记录的系统信息

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4. 点击开始记录

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

6.选择目标板的信息（这里我的以及搞过了，没弹出来，用的网图）

在这里插入图片描述

7.进入实时监视

部分JLINK会因为被检测到盗版而无法使用

在这里插入图片描述


5️⃣ 窗口介绍

总共分大概以下几种窗口：

时间轴窗口（Timeline）、事件窗口（Events）、终端窗口(Terminal)、CPU占用窗口（CPU Load）、不知道怎么命名窗口（context）

在这里插入图片描述

时间轴窗口（Timeline）

在这里插入图片描述

用于显示各任务占用的时间和逻辑顺序

  • 处于ready状态的任务，在开始执行前会被显示在浅灰色的栏中。
  • 上下文是按优先级排序的。第一行显示了一个统一上下文中的所有活动。列表的顶部是中断，用Id来排序的，接下来是scheduler调度器和软件定时器（如果在系统中使用这些的话）。
  • 在调度器(和定时器)下面，任务按优先级排序。当没有其他上下文处于活动状态时，底层上下文显示空闲时间。
事件窗口（Events）

在这里插入图片描述

Events窗口显示系统发送的所有事件，并显示它们的信息。每个事件都有以下几项：

  • 在目标时间或记录时间内的时间戳，可以用微秒或纳秒分辨率显示
  • 创建Events的上下文，即运行的任务。
  • Event描述，和事件类型一起显示，(IRS进入和退出，任务活动，API调用)。
  • Event细节描述事件的参数，即API调用参数。
  • 在列表中定位事件的ID。

也可以通过事件滤波器查看对应的事件

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终端窗口

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终端窗口显示来自目标应用程序的printf输出，以及发出log输出的任务上下文，以及发送消息时的时间

戳。双击消息，可以显示出该消息在事件列表中的所有信息。

Timeline窗口显示的是输出的指示器，根据级别排序（错误总是排在顶部）。显示的日志级别可以通过

View -> Message Indicators… 来配置。

可通过systemview的API接口，打印信息

在这里插入图片描述

CPU占用窗口（CPU Load）

在这里插入图片描述

CPU load窗口显示了一个周期内上下文占用的CPU时间。CPU负载是用一个使用Timeline当前分辨率的

bin的宽度来测量的，因此与缩放级别是同步的。

可以通过选择bin的数量用来测量较短或较长时期的负载。使用一个bin，就可以在整个可见的时间轴上

测量CPU负载。

Context窗口

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Context窗口信息包括以下内容：

  • 上下文名称和类型。
  • 任务堆栈信息。（如果有的话）
  • 上下文的活动计数。
  • 活动频率。
  • 总的运行时间和最后运行时间。
  • 每秒当前的、最小和最大运行时间，单位是ms和%。

6️⃣ 其他使用

事件记录

systemview默认的事件有

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添加中断记录

可以自己在中断函数中添加对应的API接口，来实现对中断进入的记录。

在这里插入图片描述

结果如图：

在这里插入图片描述

可以看到会定期触发can中断，且每次进入中断事件长短不同

在这里插入图片描述

分析示例

在这里插入图片描述

可以看到哨兵云台任务占用的时间最长，且可以看到我们现在的任务运行时间在整个周期中占用的都是非常短的。


7️⃣ 存在的问题

问题描述： J-Link不同而导致被识别盗版而不能用的问题

  • [x] 原因： J-Link被识别盗版
  • [x] 解决： 换用其他的J-Link仿真器，或利用串口进行收发（详见链接串口移植收发）

问题描述： 出现报错：

Error: L6218E: Undefined symbol SEGGER_SYSVIEW_X_GetInterruptId (referred from segger_sysview.o).
Error: L6218E: Undefined symbol SEGGER_SYSVIEW_X_GetTimestamp (referred from segger_sysview.o).

  • [x] 原因： systemview 在keil中与gnu扩展的不兼容
  • [x] 解决： 在keil中选择不勾选GNU拓展（[详见]( ######5. 程序添加)）
  • [ ] 隐患： 其他部分代码可能会出现问题

拓展问题表述： 串口 print重定义代码出现报错

  • [x] 原因： 因为没有了GNU拓展，导致这部分代码不可用
  • [ ] 解决： 暂定先注释掉，待解决。

8️⃣ 应用场景

  • 用于查看每个进程的时间片，查看各个进程时间占用情况。
  • 防止某个进程占用时间过长，而被操作系统强行进入堵塞状态。
  • 查看中断进入情况，避免因传感器发送频率过高，而频繁进入中断。
-------------已经到底啦！ -------------