當軟體工具不夠用時#

除錯嵌入式系統和系統軟體時，有時需要檢視和分析整個運算堆疊——從硬體到應用。在大多數情況下，IDE、tracing 和 logging 就夠用了，但當軟體碰觸硬體時，這些工具可能無能為力。

Logic Analyzer#

Logic analyzer 是一個通用工具，能以每秒數百萬 samples 的速度擷取、儲存和分析數位訊號。現在 USB 版本大約 100 美元就能買到。它可以監控：

• 硬體板上的任意數位訊號
• 各種通訊協定（SPI、I2C、serial、CAN、JTAG、USB 等）

Protocol Analyzer 和 Bus Analyzer#

如果你專精於特定技術，可以投資專用的 protocol analyzer 或 bus analyzer。例如 CAN bus（controller area network）的獨立分析模組，可以插入匯流排來過濾、顯示和記錄流量。

這類硬體設備相比軟體方案的優勢：

• 保證在真正的線路速率下工作
• 支援同時監控多條通道
• 可以根據封包深處的 bit patterns 設定觸發條件和篩選器

土法煉鋼也有效#

如果缺乏專用除錯硬體，不要害怕即興發揮。書中有個精彩案例：為了重現一個網頁表單資料遺失的問題，作者用錫箔紙包裹 USB 無線 modem 來模擬不穩定的網路連線，立刻就看到了問題。

嵌入式軟體的除錯技巧#

當裝置缺乏完善的 I/O 時：

• 用狀態燈或蜂鳴器的編碼閃爍/聲響來表示軟體狀態（甚至用 Morse Code）
• 將 log 寫入非揮發儲存裝置（如 USB 隨身碟），帶回工作站分析
• 實作簡易 serial data encoder，透過未使用的 I/O pin 輸出資料
• 如果裝置有網路連線，透過 HTTP 或 DNS request 與外界溝通

網路封包監控#

使用 Wireshark（開源封包分析工具）監控網路封包。幾種常見情境：

• 同機監控：直接在執行應用的主機上啟動 Wireshark
• Managed switch：設定 port mirroring，將目標伺服器的流量鏡射到 Wireshark 所在的 port
• Ethernet hub：hub 會將封包廣播到所有 port（比 switch 便宜但已不常見）
• Command-line 擷取：用 tcpdump 遠端登入目標主機擷取封包，加上 -w 選項寫入檔案後用 Wireshark 分析
• Bridge 模式：設定一台有兩個網路介面的電腦做為橋接器，攔截並分析流經的封包

類似的 bridge 裝置還可以用來模擬各種網路情境：不同來源的封包、traffic shaping、頻寬限制、防火牆設定等，Linux 上使用 iptables 來實現。

重點回顧#

• Logic、bus 或 protocol analyzer 可以幫助你精確定位硬體層級的問題
• 土法煉鋼的裝置也能幫助你調查硬體相關的問題
• 使用 Wireshark 搭配 Ethernet hub、managed switch 或 command-line 擷取來監控網路封包