Zephyr 调试实用指南：日志系统、Shell CLI 与 GDB 全面解析

本文深入讲解 Zephyr 的调试利器，包括统一日志系统（logging subsystem）、内置命令行（Shell CLI）、与 GDB 调试集成方法，帮助开发者快速定位问题、分析运行时行为，实现高效开发与排障。

一、日志系统 Logging Subsystem

1.1 功能概述

Zephyr 提供统一的日志系统，支持多模块、分级、异步/同步、后端可插拔等特性，是系统级调试的重要入口。

1.2 启用配置

CONFIG_LOG=y
CONFIG_LOG_MODE_IMMEDIATE=y
CONFIG_LOG_DEFAULT_LEVEL=4  # 默认 INFO 级别
CONFIG_LOG_BACKEND_UART=y

1.3 使用方式

#include <zephyr/logging/log.h>
LOG_MODULE_REGISTER(my_module, LOG_LEVEL_DBG);
LOG_INF("Hello Zephyr");
LOG_DBG("value=%d", x);

1.4 后端选择

• CONFIG_LOG_BACKEND_UART：串口输出（默认）

• CONFIG_LOG_BACKEND_RTT：J-Link RTT 输出（调试方便）

• CONFIG_LOG_BACKEND_NET：通过网络传输日志

1.5 性能优化建议

• 使用 CONFIG_LOG_MODE_DEFERRED 提升性能

• 禁用不必要模块日志：CONFIG_LOG_DEFAULT_LEVEL=2

• 可通过 menuconfig 精细控制模块级别

二、Shell 命令行调试 CLI

2.1 概述

Zephyr 自带内建 shell CLI，可通过 UART/USB/RTT 接口访问，支持线程查看、栈空间、内存、驱动、GPIO 等命令。

2.2 启用配置

CONFIG_SHELL=y
CONFIG_SHELL_BACKENDS=y
CONFIG_SHELL_BACKEND_SERIAL=y
CONFIG_UART_CONSOLE=n

2.3 常用命令示例

kernel threads      # 查看线程栈空间/状态
log enable dbg main # 打开主模块 DEBUG 日志
device list         # 查看驱动设备注册
uptime              # 系统运行时间

2.4 自定义命令

#include <zephyr/shell/shell.h>
static int hello_cmd(const struct shell *sh, size_t argc, char **argv) {
    shell_print(sh, "Hello from Zephyr shell!");
    return 0;
}
SHELL_CMD_REGISTER(hello, NULL, "Print hello", hello_cmd);

2.5 多后端支持

• CONFIG_SHELL_BACKEND_RTT=y

• CONFIG_SHELL_BACKEND_SERIAL=y

• CONFIG_SHELL_BACKEND_TELNET=y

三、GDB 调试

3.1 原理说明

使用 GDB 可连接到运行中的 Zephyr 系统，通过断点、单步、变量查看等调试方式进行深入排查。

3.2 配置与启动

west build -b your_board
west debug  # 启动 GDB + openocd/jlink session

3.3 常用 GDB 命令

break main
continue
print my_var
backtrace
info threads

3.4 与 VSCode 集成

可通过 .vscode/launch.json 配置，结合 cortex-debug 插件实现图形化调试。

{
  "type": "cortex-debug",
  "request": "launch",
  "name": "Zephyr Debug",
  "executable": "build/zephyr/zephyr.elf",
  "servertype": "openocd",
  "device": "STM32F103C8",
  "configFiles": ["interface/stlink.cfg", "target/stm32f1x.cfg"]
}

四、调试实战与最佳实践

4.1 崩溃排查技巧

• 启用 CONFIG_ASSERT=y，开启断言机制

• 配置 CONFIG_FAULT_DUMP=2，打印详细异常信息

• 打开 CONFIG_THREAD_NAME=y，利于日志定位线程

4.2 GPIO 打点调试

gpio_pin_set(gpio_dev, 5, 1); // 高电平打点

4.3 profiling 工具链

• 使用 Tracealyzer、SystemView 等配合 RTT 输出分析任务调度

• 使用 shell 的 uptime + log 时间戳测算逻辑耗时

五、总结

Zephyr 提供了工业级的多层调试能力，结合使用日志、shell 和 GDB，可实现高效的问题定位与系统分析，是构建高可靠嵌入式系统的必备技能。