ビュートローバーARMでソースコードデバッグする方法 - LPCXpresso編

LPCXpressoのデバッグ画面

前回のデバッグ・プローブ編に続き、LPCXpresso でのデバッグ方法を解説します。この手の IDE に慣れていないと、沢山あるウィンドウやその中のタブに戸惑うことと思います。また LPCXpresso IDE - User Guide 中のデバッグに関する説明も内容が薄く、あまり役に立ちません。

そこで本記事では「これだけ知っていれば、大抵のソースコードデバッグはOK」な項目に絞って解説をします。逆に「オンチップのトレースバッファを活用したアセンブリ言語レベルのデバッグ」や「SWO（Serial Wire Output）によるトレース」には触れていません。これらについては「LPCXpresso IDE Instruction - Trace Guide」や「LPCXpresso IDE SWO - Trace Guide」を参照してください（僕も使いこなせていませんので…）

全体構成

まずは IDE の全体像を掴み、どこに何が表示されるかを把握してこそ効率的なデバッグができると僕は思うので、少し長くなりますが、１つ１つ解説したいと思います。

デバッグを開始すると、コンパイルだけしていた時より１つ増えて５つの “ビュー” が開きます。この時、右上の（Open Perspective）ボタンを押すといくつかの選択肢が出てくるので「Debug」を選びます。すると外観がデバッグに適した “ビュー” の配置に変更されます。

このように “Open Perspective” ボタンでその時々の作業内容に合わせて外観を変更できるので、好みで使い分けると良いでしょう（以下の解説は「Develop」を元にしています）。

① アプリケーション全体のリソース情報を表示するビュー

どのビューにも特定の名前がついているワケではありません。その内容からタイトルのような名前をつけているだけですので、悪しからず。

Project Explore タブ

プロジェクト、あるいはワークスペース全体のファイル構成をツリー形式で参照することができます。お馴染みだとは思いますが、ソースコードを選択し、エディタに表示することができるタブです。

Peripherals タブ

ADC やタイマーなど、オンチップの周辺機能が一覧で表示されます。左側のチェックボックスを選択すると、③ Memory タブにレジスタの内容を表示することができます。

Registers タブ

CPU のレジスタやスタックポインタ、プログラムカウンタなどを参照できます。⑤ デバッグタブ右上の（Instruction Stepping Mode）ボタンによるアセンブリ言語のステップ実行モード選択時に役立ちます。

Symbol Viewer タブ

（Browse for a file with symbol table）ボタンで実行ファイル *.axf を指定すると、テキストやデータ、bss など各セクションのメモリ配置情報を参照することができます。

② エディタビュー

お馴染みの各種ファイルを編集したり表示したりする役割を持ったビューです。

ブレーク（停止）中の行

現在停止中で、これから実行される行が若草色にハイライトされます。

カーソル位置の情報表示

関数や変数、シンボルなどにカーソルを合わせると、その定義内容や変数の値を参照することができます。

右クリックでコンテキストメニューを表示

特定の行で右クリックをするとコンテキストメニューが開きます。多くのメニューがありますが、デバッグに役立つのは次の４つでしょう。

Run to line
カーソルのある行まで実行します。
Move to line
現在停止中の行からカーソルのある行にジャンプします。プログラムカウンタが直接書き換えられ、その間のコードは実行されません。問題のある箇所をすっ飛ばして処理を継続させたいと時に使います。
Resume at line
カーソルのある行から実行を再開します。④ Variables タブで変数の値を書き換えた後に、再評価したい場合に用います。
Add Watch Expression…
選択された変数や式を ④ Expressions タブに追加します。

ブレークポイントの設定

行番号をダブルクリックするか、カーソルのある行で右クリックしてコンテキストメニューを開き「Add Breakpoint…」を選択してブレークポイントを設定します。ブレークポイントの一覧は、④ Breakpoints タブで確認することが出来ます。

③ 実行中のリソース情報を表示するビュー

高度なトレースを行う “Instruction Trace” タブと “SWO Trace Config” タブ、LPC1343 で対象外の “Power Measurement Tool” タブ以外を解説します。

Console タブ

コンパイルの実行結果が表示される以外に、printf() の出力がここに表示されます。「ビュートローバーでprintfデバッグ、ついでに赤外線センサの特性を測る」との競合については後述します。

Problems タブ

実行中に起きた問題に関するリソース情報がここに表示されるのだと思います。実際に何か表示されたことがないのであくまでも想像ですが…

Memory タブ

直接メモリのアドレスを指定（→ メモリマップ）するか、① Peripherals タブでチェックを入れたレジスタの情報がここに表示されます。メモリ中の値を直接編集することも可能です。

Properties タブ

実行オブジェクトのサイズなど、実行中のリソースに関する情報がここに示されます。

Navigator タブ

① Project Explore タブと同じなので、邪魔なら閉じちゃって良いと思います。

④ ショートカット、およびデバッグ情報を表示するビュー

一貫した名前が付けられそうもないビューですが、デバッグ中は頻繁に見ることになると思います。

Quickstart Panel タブ

色々なタスクのショートカットが集められたタブです。デバッグも一発で開始できて便利です。

Variables タブ

実行中の関数内ローカル変数は、ここで参照できます。またセルをクリックして変数の値を直接変更することもできます。

Breakpoints タブ

② エディタビューで設定されたブレークポイントの一覧が表示されます。各ブレークポイントを一時的に無効にしたり有効にしたりするのもこのタブで行います。

Outlines タブ

実行中のソースコードに定義されたシンボルや関数、グローバル変数の一覧が参照できます。各項目をクリックするとその箇所をエディタで示してくれるので、何気に便利なタブです。

Expressions タブ

変数や式を ② エディタビューで選択したり、直接セルに入力することで、それらの値を参照することが出来ます。当然、実行中のスコープ外にある変数や式などは無視されます。

⑤ デバッグビュー

デバッグは “セッション” という形で管理され、実行中のセッションに関する情報がここに表示されます。

Debug タブ

実行中のスタックフレームが表示されます。特に便利な機能として（View menu）ボタンを押すとデバッグ制御用のボタンが表示されるので、このタブで集中的に実行をコントロールできるようになります。

また（Instruction Stepping Mode）ボタンで ② エディタビューに逆アセンブルされたコードを表示することができ、アセンブリ言語レベルでのステップ実行が可能になります。

ビューのレイアウト変更について

“Open Perspective” ボタンを使う以外にも、マニュアルで各ビューの配置を変更したり、独立させたりすることが出来ますが、弄り過ぎて元に戻したくなることがあります。そんな時はメニューから「Window → Perspective → Reset Perspective…」を選びましょう。元の配置に戻してくれます。

デバッグ制御用アイコン

全体像が把握できたところで、いよいよデバッグ制御用のボタンを駆使してデバッグするワケですが、各ボタンの機能は全然難しくありません。

以下に、”高度なトレース機能” を使う以外のボタンを示します。

アイコン	名称	説明
	Skip All Breakpoints	全ブレークポイントをスキップする／しないを制御するトグルボタン
	Resume	停止中の実行を再開するボタン
	Suspend	実行中のプログラムを停止（ブレーク）させるボタン
	Terminate	デバッグを終了させるボタン
	Step In	最小の実行単位で、１行ごとの実行、または関数呼び出しであればその中に入って実行する
	Step Over	関数呼び出しであってもその中には入らず1行ごとに実行する
	Step Return	Step In で関数内に入った場合、その関数の終了まで実行し呼び出し元に戻る
	Restart	もう一度初めからスタートする
	Debug	デバッグ途中でソースコードを変更した時など、再度コンパイルからやり直してデバッグを開始する

最後に、コンソールに printf() 出力する方法

デバッグ・プローブ編で USB CDC（Communication Device Class）をインストールし、Tera Term などのターミナル・ソフトウェアに printf() 出力する方法を解説しましたが、③ コンソールに出力するためには LPCXpresso 側の設定が必要です。

以下にその方法を示し、本記事を〆たいと思います。

USB CDC をインストールした場合

sci.c の25行目あたりの定義 SYSTEM_CALL を無効化し、代わりに __sys_write() など Redlib のシステムコール関数群がリンクされるようにします。

/*--------------------------------------------------------------------------
 * CMSISのstdio系関数がリンクされる場合は、重複するシステムコールの定義を無効にする
 *--------------------------------------------------------------------------*/
#define	SYSTEM_CALL	0	// 有効化=1、無効化=0

Redlib (semihost) の設定

LPCXpresso のメニューから「Project → Properties」を開き、「C/C++ Build → Settings → MCU Linker → Managed Linker Script」をたどり、「Library」に Redlib (semihost) を選択します。そして再コンパイルすれば printf() の出力先がコンソールになります。

以上！