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傻孩子（GorgonMeducer） · 2 天前

实时可视化调试：SystemView 助你掌控 RTOS 运行态

嵌入式系统
在嵌入式开发中，调试永远是最痛苦的环节。你是否曾经为了定位一个  卡顿、死机、优先级反转  的问题而疲惫不堪？你是否希望能实时观察系统的运行细节，比如任务切换、时间片分配、ISR 响应时间？

🎯 SystemView 解决了哪些痛点？

传统日志靠串口输出，信息有限、时序混乱，遇到高频中断或多任务调度就无能为力。而 SystemView 是 SEGGER 出品的实时跟踪分析工具，它解决了：

  • 任务调度不可见？→ 一目了然！
  • 中断响应太慢？→ 毫秒级分析！
  • 性能瓶颈难以定位？→ 函数级耗时统计！
  • 系统卡住没信息？→ 最后一帧也能还原现场！

SystemView 帮你把 RTOS 从“黑盒”变成“透视玻璃”。

⚙️ SystemView 的工作原理

SystemView 通过以下几个步骤实现对嵌入式系统的实时监控：

  1. 钩子函数植入在 RTOS 中植入钩子函数，实时捕获任务切换、中断入口和退出等关键事件。
  2. 事件写入 RTT 缓冲区捕获的事件数据被写入 MCU 内部的 RTT（Real-Time Transfer）缓冲区，这是一个高效的环形数据区。
  3. 数据通过调试接口传输利用 MCU 的调试接口（如 SWD），RTT 缓冲区的数据被高速传输到开发者的 PC 端。
  4. PC 端实时解析与显示SystemView PC 工具接收数据，实时解析任务执行顺序、时间关系及内核对象状态，并以图形化界面展示。
  5. 实现低延迟与高可靠监控这种设计保证了系统状态的实时反映，方便开发者快速定位和分析问题。

🔍 SystemView 能做什么？

SystemView 是一个可以在线调试嵌入式系统的工具，它能分析系统中哪些中断、任务被执行了，以及它们的执行顺序和时间关系。同时，它还能记录系统中各种内核对象（如信号量、互斥量、事件、消息队列等）的持有和释放时间点，这对于调试复杂的多线程系统非常有效。

SystemView 能够实现：

  • ✅ 实时任务切换跟踪
  • ✅ 中断进出时序图
  • ✅ CPU 占用率统计
  • ✅ 用户自定义事件插桩
  • ✅ 时间轴回放与数据保存
  • ✅ 支持多种主流 RTOS（RT-Thread / FreeRTOS / embOS 等）

image.png

💡 尽管 SystemView 提供了强大的系统分析能力，但其在实际部署中的门槛仍不容忽视。

传统上，SystemView 依赖于 SEGGER 提供的 J-Link 仿真器来实现数据的实时采集和传输。这种方案在功能上确实成熟稳定，但对许多开发者来说，也带来了一些不小的使用负担：

  • 正版 J-Link 的成本相对较高，盗版 J-Link 总是容易报错；
  • 同时，J-Link 本身并非为 SystemView 单独设计，在多功能叠加的实际工程中，调试、下载、串口通信往往需要额外配合其他工具才能完成。

🚀 如何降低 SystemView 的使用门槛？

其实，SystemView 并不强制要求使用 J-Link——它还提供了一个 UART 模式接口，用于在不具备 SWO 或 Trace 能力的芯片上进行数据交互。这个 UART 模式的通信协议是公开的，允许通过串口发送命令、读取 RTT 缓冲区，从而实现 SystemView 的核心功能。

💡 那么问题来了：

既然 SystemView 可以用 UART 传输数据，那能不能把这些串口数据，转发到 SWD 上的 RTT 通道，从而间接实现和 MCU 的数据交互？

刚好，我制作的多功能工具 MicroLink 原本就具备  RTT 通信的能力，因此可以顺势在此基础上拓展，实现对 SystemView UART 协议的兼容与转发。

简单来说：

  1. SystemView PC 工具  选择  UART 模式  进行通信，通过虚拟串口向 MicroLink 发送特定格式的数据；
  2. MicroLink 内部固件  识别并适配 SystemView 的 UART 协议，对数据包进行解析；
  3. MicroLink 将接收到的指令  映射为对目标 MCU 内存的读写操作，通过  SWD 接口  实现真实的数据访问；
  4. MCU 中运行的  SystemView 嵌入式端程序  将运行数据（任务调度、事件、ISR 等）写入 RTT UpBuffer；
  5. MicroLink 从 RTT Buffer 中读取数据，再通过串口  返回给 SystemView PC 工具；
  6. 最终，SystemView 实时显示系统运行过程，形成完整的数据回环。

图片

🏆 从此你无需再专门购买昂贵的正版 J-Link，无需额外接线，也无需修改一行代码。只要插上 MicroLink，打开 SystemView，选择 UART 模式，点击 Start，一切就绪。

🧰 MicroLink  是一个在传统 DAPLink 的基础上进行了全面升级，集成了  在线仿真器、USB 转串口、脱机下载器、RTT 通信、SystemView 支持、拖拽烧录  以及  用户可编程自动化工具  等多个功能于一体的“一站式”的调试与开发工具。

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✨ SystemView 移植与使用步骤

SystemView 包含两个部分：

  1. 🖥️ PC 端程序：由 SEGGER 提供的 SystemView 工具，可收集并可视化展示嵌入式系统运行时的行为，包括任务调度、中断响应、系统事件等。支持实时显示和数据保存以供离线分析。
  2. 📦 嵌入式端程序：需要集成到 MCU 工程中，负责记录运行信息并通过  RTT（Real-Time Transfer）模块  实时发送到 PC。

📦 嵌入式端程序移植步骤

只需要利用 RT-Thread 推出的 Env 工具 使能 SystemView 软件包，并对其进行简单的配置，就能完成 SystemView 的嵌入式端程序的配置。

以 STM32 BSP stm32f103-onenet-nbiot 为例，内核版本 5.2.0，MicroLink 固件版本 V2.3.1 及以上。

✅ 步骤一：在 Env 工具中进入 menuconfig 图形化配置工具

打开 Env 工具，使用命令  cd D:\rt-thread\bsp\stm32  切换到 RT-Thread 源码 BSP 根目录下的 stm32f103-onenet-nbiot 目录，然后输入命令  menuconfig  配置工程。

利用上下键选中 RT-Thread online packages，按回车键进入下级菜单，在 tools packages 中打开 SystemView 。

图片

✅ 步骤二：配置 SystemView

Version 选择 latest 最新版本，其他选项不需要配置。

图片

menuconfig 配置选项说明：

image.png

✅ 步骤三：打开内核钩子函数

利用上下键选中 RT-Thread Kernel，按回车键进入下级菜单，打开 Enable hook list。

图片

配置好选项之后，按 ESC 返回，退出并保存配置，这样 SystemView 软件包的使能和相关配置就完成了。

后面我们以一个具体的 demo 来讲解 SystemView 工具的使用。

📄 添加示例代码

在文件 main.c 中添加以下代码，然后在 main 函数中调用 demo 初始化函数  demo_init();  运行 demo。

/*
* 程序清单：systemview 演示代码
*
* 这个例子中将创建一个动态信号量(初始值为0)及两个动态线程，在这个两个动态线程中
* 线程2将试图采用永远等待方式去持有信号量，持有成功之后发送运行标志。
* 线程1将先发送正在运行标志，然后释放一次信号量，因线程2的优先级较高，线程2持有到信号量将线程1抢断。
* 然后线程2发送运行标志之后，获取不到信号量，被挂起，线程1继续运行
*/
#define THREAD_PRIORITY         25
#define THREAD_STACK_SIZE       512
#define THREAD_TIMESLICE        5
/* 指向信号量的指针 */
rt_sem_t sem_food;
/* 线程1入口 */
void thread1_entry(void* parameter)
{
    while (1)
    {
        /* 线程1第一次运行 */
        rt_kprintf("thread1 is run!\n");
        /* 释放一次信号量 */
        rt_sem_release(sem_food);
        /* 线程1第二次运行 */
        rt_kprintf("thread1 run again!\n");
        /* 线程1延时1秒 */
        rt_thread_delay(RT_TICK_PER_SECOND);
    }
}
/* 线程2入口 */
void thread2_entry(void* parameter)
{
    while (1)
    {
        /* 试图持有信号量，并永远等待直到持有到信号量 */
        rt_sem_take(sem_food, RT_WAITING_FOREVER);
        /* 线程2正在运行 */
        rt_kprintf("thread2 is run!\n");
    }
}
/* DEMO初始化函数 */
void demo_init(void)
{
    /* 指向线程控制块的指针 */
    rt_thread_t thread1_id, thread2_id;
    /* 创建一个信号量，初始值是0 */
    sem_food = rt_sem_create("sem_food", 0, RT_IPC_FLAG_PRIO);
    if (sem_food == RT_NULL)
    {
        rt_kprintf("sem created fail!\n");
        return ;
    }
    /* 创建线程1 */
    thread1_id = rt_thread_create("thread1",
                    thread1_entry, RT_NULL,/* 线程入口是thread1_entry, 参数RT_NULL */
                    THREAD_STACK_SIZE, THREAD_PRIORITY, THREAD_TIMESLICE);
    if (thread1_id != RT_NULL)
        rt_thread_startup(thread1_id);
    /* 创建线程2 */
    thread2_id = rt_thread_create("thread2",
                    thread2_entry, RT_NULL,/* 线程入口是thread2_entry, 参数RT_NULL */
                    THREAD_STACK_SIZE, THREAD_PRIORITY - 1, THREAD_TIMESLICE);
    if (thread2_id != RT_NULL)
        rt_thread_startup(thread2_id);
}

🖥️ PC 端 SystemView 配置及使用

✅ 步骤一：下载 SystemView 分析工具

下载链接:

https://www.segger.com/produc...

✅ 步骤二：为 RT-Thread 添加系统描述文件

首先找到开发板目录下的 packages 目录，然后在 packages 目录下找到 segger_debug-xxx 目录，在这个目录里面有一个 SystemView_Description 文件夹，RT-Thread 系统的描述文件就在里面，具体的目录结构如下所示：

bsp\\你自己的开发板\\packages\\segger_debug-xxx\\SystemView_Description\\SYSVIEW_RT-Thread.txt

将这个文件复制到 SystemView 工具安装目录下的 Description 目录下，这样 SystemView 就可以识别出 RT-Thread 系统了。

✅ 步骤三：连接 MicroLink，启动 SystemView 功能

使用串口助手工具连接 MicroLink 提供的虚拟串口，并发送SystemView.start(0x20000000,1024,1)指令，来启动 MicroLink 的 SystemView 功能模块。

SystemView.start(0x20000000,1024,1)
  • 0x20000000:搜索 RTT 控制块的起始地址；
  • 1024：搜寻范围大小；
  • 1：启动 RTT 的通道。

图片

如上图所示提示Find SEGGER RTT addr 0x200002ec，说明已成功启动 SystemView 功能，然后关闭串口。

如果提示no find _SEGGER_RTT addr，可以打开 map 文件，搜索_SEGGER_RTT 变量的地址，如下图所示_SEGGER_RTT 地址为 0X200002ec，然后将命令替换为SystemView.start(0X200002ec,1024,1)

图片

✅ 步骤四：配置设备信息，开始录制

双击打开 SystemView PC 端程序，点击 Taget

图片

选择 UART 连接模式

图片

COM 口选择刚才配置 MicroLink 启动 SystemView 功能的端口号，由于 MicroLink 的虚拟串口使用的是 USB CDC 模式，所以不需要配置波特率，保持默认就行。

图片

点击 OK，启动开始录制按钮，SystemView 就开始实时录制系统信息了。

图片

✅ 步骤五：结束录制，分析系统

点击结束录制按钮，结束录制。将鼠标放置到时间轴窗口里，利用滚轮将事件放大到适合分析的大小

图片

利用 SystemView 工具我们可以看出来，系统的运行确实如我们设想的那样，线程 1 先开始运行，然后在释放信号量之后被线程 2 抢断。然后线程 2 运行，之后因获取不到信号量被挂起，线程 1 继续运行。从上面的事件列表还可以看到每个线程获取或释放信号量的具体时间。

在这次 demo 中，我们可以总结出系统整体：

  • 线程切换有序、无异常延迟；
  • CPU 主要处于空闲状态，说明整体系统负载非常低；
  • 所有事件、切换、运行时间都精确呈现。

❓ 常见问题答疑（FAQ）

image.png

📂 开源资料

🔗 项目在线网址（点击阅读原文）：

https://microboot.readthedocs...

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DAPLink+Python 可以替代 Jlink 吗

END

作者：kk
原文：裸机思维

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