CN117170987A

CN117170987A - 嵌入式实时操作系统的监视方法、系统及相关设备

Info

Publication number: CN117170987A
Application number: CN202311455469.XA
Authority: CN
Inventors: 张兴圣; 胡伟; 朱强
Original assignee: Ruisixinke Shenzhen Technology Co ltd
Current assignee: Ruisixinke Shenzhen Technology Co ltd
Priority date: 2023-11-03
Filing date: 2023-11-03
Publication date: 2023-12-05
Anticipated expiration: 2043-11-03
Also published as: CN117170987B

Abstract

本发明适用于应用程序开发调试技术领域，尤其涉及一种嵌入式实时操作系统的监视方法、系统及相关设备，所述方法包括以下步骤：在嵌入式实时操作系统中设置代码埋点；设置异常捕捉条件；运行嵌入式实时操作系统，并通过GNU调试器在系统中设置断点；通过代码埋点将系统中的运行数据写入预设内存区域；在断点的位置停止运行系统；读取预设内存区域中的数据，判断是否出现符合所述异常捕捉条件的异常事件：若是，使用GNU调试器对异常事件进行调试分析。本发明提出的监视方法能够同时实现系统运行过程的程序调试、系统信息采集和数据复现，从而在需要调试和开发都需要接入的场景中提高开发调试效率。

Description

嵌入式实时操作系统的监视方法、系统及相关设备

技术领域

本发明适用于应用程序开发调试技术领域，尤其涉及一种嵌入式实时操作系统的监视方法、系统及相关设备。

背景技术

在嵌入式开发领域，研发实时操作系统（Real-time operating system, RTOS）的应用或实时操作本身的开发过程中有大量的涉及的对任务、中断、处理异常的分析，以及根据分析结果回溯到代码中去分析代码问题的常见调试行为。

相关技术中，开发工程师通过在操作系统中进行埋点，在操作系统运行同时通过埋点进行监测，并将系统信息写入数据文件，在停止监测后，再通过调试工具生成数据文件进行分析；而只有开发工程师通过数据文件分析到有问题后，再通过查看系统日志，来定位排查问题。这样的方案有以下缺点：

一、在程序运行之后根据生成的数据文件进行分析，当发现问题时通过查看系统日志来分析问题产生的原因，然而，系统日志并不一定能够获取到相关的数据，这种情况就需要在代码中补充打印日志代码，然后重新运行，定位问题，有时候可能需要重复多次操作，使得问题分析效率较低；

二、在程序运行之后根据生成的数据文件进行分析，有时候因为问题的复杂性和一些随机、概率性等因素，再追溯问题发生的原因时，因为成因未知，有时会无法或很难准确复现问题，出现丢失问题现场的情况，从而使得调试分析失败。

因此，有必要提供一种新的嵌入式实时操作系统的监视方法来解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种嵌入式实时操作系统的监视方法、系统及相关设备，旨在解决现有技术在程序运行之后根据生成的数据文件进行分析的调试过程容易出现异常状况捕获难、问题现场复现难的技术问题。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供一种嵌入式实时操作系统的监视方法，所述监视方法包括以下步骤：

S101、在嵌入式实时操作系统中设置代码埋点；

S102、设置异常捕捉条件；

S103、运行所述嵌入式实时操作系统，并通过GNU 调试器在所述嵌入式实时操作系统中设置断点；

S104、通过所述代码埋点将所述嵌入式实时操作系统中的运行数据写入预设内存区域；

S105、在所述断点的位置停止运行所述嵌入式实时操作系统；

S106、读取所述预设内存区域中的数据，判断是否出现符合所述异常捕捉条件的异常事件：

若是，使用GNU 调试器对所述异常事件进行调试分析；

若否，清空所述预设内存区域中的所述运行数据，返回步骤S104。

更进一步地，步骤S101还包括以下步骤：

在所述嵌入式实时操作系统中设置用于判断是否进行变量监测的开关变量；

对应的，步骤S104还包括以下步骤：

通过GNU 调试器对所述开关变量的值进行调整，以开始对所述嵌入式实时操作系统的监测。

更进一步地，步骤S102中设置所述异常捕捉条件的方式为通过可视化界面设置。

更进一步地，步骤S106，读取所述预设内存区域中的数据，判断是否出现符合所述异常捕捉条件的异常事件的步骤，具体为：

将所述异常捕捉条件转换为代码检查；

读取所述预设内存区域中的数据，并将数据与转为代码后的所述异常捕捉条件进行一一比对。

更进一步地，步骤S1062前，还包括步骤：

将所述运行数据保存并输出为可长期存储的系统文件。

更进一步地，所述监视方法还包括以下步骤：

S107、通过GNU 调试器对所述开关变量的值进行调整，以停止对所述嵌入式实时操作系统的监测。

更进一步地，所述异常捕捉条件包括如下中的至少一条：

所述嵌入式实时操作系统中的系统任务的运行时间不处于预设运行时长区间；

所述嵌入式实时操作系统中的系统任务的阻塞时间大于预设阻塞时长；

所述嵌入式实时操作系统中的系统任务的阻塞个数大于预设阻塞限制个数；

所述嵌入式实时操作系统中的系统任务用在任务切换流程上的时间大于预设切换时长；

所述嵌入式实时操作系统中的系统任务检查中断处理消耗的时间大于预设中断处理时长。

第二方面，本发明还提供一种嵌入式实时操作系统的监视系统，所述监视系统包括：

埋点模块，用于在嵌入式实时操作系统中设置代码埋点；

异常监测设置模块，用于设置异常捕捉条件；

初始化模块，用于运行所述嵌入式实时操作系统，并通过GNU 调试器在所述嵌入式实时操作系统中设置断点；

运行模块，用于通过所述代码埋点将所述嵌入式实时操作系统中的运行数据写入预设内存区域；

捕捉模块，用于在所述断点的位置停止运行所述嵌入式实时操作系统；

判断模块，用于读取所述预设内存区域中的数据，判断是否出现符合所述异常捕捉条件的异常事件：

若是，使用GNU 调试器对所述异常事件进行调试分析；

若否，清空所述预设内存区域中的所述运行数据，并返回所述运行模块。

第三方面，本发明还提供一种计算机设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的嵌入式实时操作系统的监视程序，所述处理器执行所述嵌入式实时操作系统的监视程序时实现如上述实施例中任意一项所述的嵌入式实时操作系统的监视方法中的步骤。

第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有嵌入式实时操作系统的监视程序，所述嵌入式实时操作系统的监视程序被处理器执行时实现如上述实施例中任意一项所述的嵌入式实时操作系统的监视方法中的步骤。

本发明所达到的有益效果，在于提出了一种能够实时性监测并调试的嵌入式实时操作系统的监视方法，该监视方法能够同时实现系统运行过程的程序调试和系统信息采集，从而在需要调试和开发都需要接入的场景中提高开发调试效率；另一方面，本发明还能够基于实时采集的系统运行数据来保留问题现场，并通过GDB调试器模式进行实时调试分析，从而保留问题复现的数据，为系统开发调试的问题追溯流程提供支持。

附图说明

图1是本发明实施例提供的嵌入式实时操作系统的监视方法的步骤流程框图；

图2是本发明实施例提供的嵌入式实时操作系统的监视系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1，图1是本发明实施例提供的嵌入式实时操作系统的监视方法的步骤流程框图，所述监视方法包括以下步骤：

S101、在嵌入式实时操作系统中设置代码埋点。

本发明实施例中的所述代码埋点用于捕获对应程序的运行数据，该步骤可以通过在所述嵌入式实时操作系统程序中设置额外的代码来实现。

步骤S101还包括以下步骤：

在所述嵌入式实时操作系统中设置用于判断是否进行变量监测的开关变量。本发明实施例中的所述开关变量是可以通过修改值来实现变量配置的，例如，将所述开关变量设置为0-1变量，其取值为0时，开关变量对应的操作设置为开启，取值为1时，开关变量对应的操作设置为关闭。

S102、设置异常捕捉条件。

步骤S102中设置所述异常捕捉条件的方式为通过可视化界面设置。

所述异常捕捉条件包括如下中的至少一条：

本发明实施例中的所述嵌入式实时操作系统以FreeRTOS为例进行说明，上述异常捕捉条件是针对嵌入式实时操作系统设计的基础异常的检查项，实际使用时，可以根据需要进行选择或增加。

S103、运行所述嵌入式实时操作系统，并通过GNU 调试器（GNU Debugger，简称GDB）在所述嵌入式实时操作系统中设置断点。

本发明实施例中的所述断点设置于所述嵌入式实时操作系统中需要对应调试的程序位置。

GNU 调试器是一种常用的可在代码运行时进行断点调试、程序启停的命令调试的工具，本发明实施例利用GNU 调试器对操作系统中的参数进行设置，以实现实时的监测和调试。

S104、通过所述代码埋点将所述嵌入式实时操作系统中的运行数据写入预设内存区域。

本发明实施例中的所述内存区域可以设置于所述嵌入式实时操作系统的内部或外部，其目的是划分一个独立的内存空间来单独存储调试使用到的系统数据，以便于实现后期问题复现数据的存储。

对应步骤S101中在所述嵌入式实时操作系统中设置的所述开关变量，步骤S104还包括以下步骤：

如步骤S101所述，在设置所述开关变量的前提下可以通过GNU 调试器来实时开启系统监测。

S105、在所述断点的位置停止运行所述嵌入式实时操作系统。

S106、读取所述预设内存区域中的数据，判断是否出现符合所述异常捕捉条件的异常事件。

步骤S106具体为：

将所述异常捕捉条件转换为代码检查；

具体的，本发明实施例通过可视化界面设置所述异常捕捉条件是为了便于调试人员进行控制，然而在操作系统运行过程中，需要对应调试的信息需要与操作系统本身的事件类型对应，例如，对于FreeRTOS操作系统，其在不同位数下的事件类型和解析方式与所述异常捕捉条件转换后的代码对应。本发明实施例提供如下表1所示的FreeRTOS系统的事件类型和解析方式以供参考，实际实施过程中，可以参照如表1所示的内容进行所述异常捕捉条件的设置。

表 1 FreeRTOS系统的事件类型和解析方式

步骤S106中，判断所述预设内存区域中的数据是否出现符合所述异常捕捉条件的异常事件：

若是，使用GNU 调试器对所述异常事件进行调试分析；这样的情况数据数据系统任务运行有符合所述异常捕捉条件的异常情况，这时GNU调试器进入预设断点暂停，不会主动进入循环，并且由于该步骤进行时所述嵌入式实时操作系统为中断状态，因此调试过程不会对系统运行造成影响；

步骤S106前，还包括步骤：

将所述运行数据保存并输出为可长期存储的系统文件。该步骤是为了保存可作为问题追溯数据的文件，以便于复现。

优选的，所述监视方法还包括以下步骤：

如步骤S101所述，在设置所述开关变量的前提下可以通过GNU 调试器来实时关闭系统监测。本发明实施例在监测过程中设置了循环（S104-S106），这样的设计是为了使监测流程自动化地对操作系统中埋点的部分进行调试，以提高开发人员的工作效率。

本发明实施例还提供一种嵌入式实时操作系统的监视系统200，请参照图2，图2是本发明实施例提供的嵌入式实时操作系统的监视系统的结构示意图，其包括：

埋点模块201，用于在嵌入式实时操作系统中设置代码埋点；

异常监测设置模块202，用于设置异常捕捉条件；

初始化模块203，用于运行所述嵌入式实时操作系统，并通过GNU 调试器在所述嵌入式实时操作系统中设置断点；

运行模块204，用于通过所述代码埋点将所述嵌入式实时操作系统中的运行数据写入预设内存区域；

捕捉模块205，用于在所述断点的位置停止运行所述嵌入式实时操作系统；

判断模块206，用于读取所述预设内存区域中的数据，判断是否出现符合所述异常捕捉条件的异常事件：

若是，使用GNU 调试器对所述异常事件进行调试分析；

若否，清空所述预设内存区域中的所述运行数据，并返回所述运行模块204。

所述嵌入式实时操作系统200能够实现如上述实施例中的嵌入式实时操作方法中的步骤，且能实现同样的技术效果，参上述实施例中的描述，此处不再赘述。

本发明实施例还提供一种计算机设备，请参照图3，图3是本发明实施例提供的计算机设备的结构示意图，所述计算机设备300包括：存储器302、处理器301及存储在所述存储器302上并可在所述处理器301上运行的嵌入式实时操作系统的监视程序。

所述处理器301调用所述存储器302存储的嵌入式实时操作系统的监视程序，执行本发明实施例提供的嵌入式实时操作方法中的步骤，请结合图1，具体包括以下步骤：

S101、在嵌入式实时操作系统中设置代码埋点。

步骤S101还包括以下步骤：

在所述嵌入式实时操作系统中设置用于判断是否进行变量监测的开关变量。

S102、设置异常捕捉条件。

所述异常捕捉条件包括如下中的至少一条：

S103、运行所述嵌入式实时操作系统，并通过GNU 调试器在所述嵌入式实时操作系统中设置断点。

S105、在所述断点的位置停止运行所述嵌入式实时操作系统。

步骤S106具体为：

将所述异常捕捉条件转换为代码检查；

读取所述预设内存区域中的数据，并将数据与转为代码后的所述异常捕捉条件进行一一比对。其中：

若是，使用GNU 调试器对所述异常事件进行调试分析；

步骤S106前，还包括步骤：

将所述运行数据保存并输出为可长期存储的系统文件。

优选的，所述监视方法还包括以下步骤：

本发明实施例提供的计算机设备300能够实现如上述实施例中的嵌入式实时操作方法中的步骤，且能实现同样的技术效果，参上述实施例中的描述，此处不再赘述。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有嵌入式实时操作系统的监视程序，该嵌入式实时操作系统的监视程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的嵌入式实时操作方法中的各个过程及步骤，且能实现相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过嵌入式实时操作系统的监视程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存取存储器（Random Access Memory，简称RAM）等。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质（如ROM/RAM、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端（可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式用等同变化，均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种嵌入式实时操作系统的监视方法，其特征在于，所述监视方法包括以下步骤：

S101、在嵌入式实时操作系统中设置代码埋点；

S102、设置异常捕捉条件；

S105、在所述断点的位置停止运行所述嵌入式实时操作系统；

若是，使用GNU 调试器对所述异常事件进行调试分析；

2.如权利要求1所述的嵌入式实时操作系统的监视方法，其特征在于，步骤S101还包括以下步骤：

对应的，步骤S104还包括以下步骤：

3.如权利要求1所述的嵌入式实时操作系统的监视方法，其特征在于，步骤S102中设置所述异常捕捉条件的方式为通过可视化界面设置。

4.如权利要求1所述的嵌入式实时操作系统的监视方法，其特征在于，步骤S106，读取所述预设内存区域中的数据，判断是否出现符合所述异常捕捉条件的异常事件的步骤，具体为：

将所述异常捕捉条件转换为代码检查；

5.如权利要求1所述的嵌入式实时操作系统的监视方法，其特征在于，步骤S106前，还包括步骤：

将所述运行数据保存并输出为可长期存储的系统文件。

6.如权利要求2所述的嵌入式实时操作系统的监视方法，其特征在于，所述监视方法还包括以下步骤：

7.如权利要求1所述的嵌入式实时操作系统的监视方法，其特征在于，所述异常捕捉条件包括如下中的至少一条：

8.一种嵌入式实时操作系统的监视系统，其特征在于，所述监视系统包括：

埋点模块，用于在嵌入式实时操作系统中设置代码埋点；

异常监测设置模块，用于设置异常捕捉条件；

若是，使用GNU 调试器对所述异常事件进行调试分析；

9.一种计算机设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的嵌入式实时操作系统的监视程序，所述处理器执行所述嵌入式实时操作系统的监视程序时实现如权利要求1-7中任意一项所述的嵌入式实时操作系统的监视方法中的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有嵌入式实时操作系统的监视程序，所述嵌入式实时操作系统的监视程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任意一项所述的嵌入式实时操作系统的监视方法中的步骤。