1. 简介
在嵌入式系统开发中，调试和日志输出对于确保代码正确性和优化性能至关重要。通过实时监控系统状态、捕获异常行为并记录关键数据，开发人员能够快速发现问题并验证功能。在资源受限的嵌入式环境中，选择合适的调试工具和方法显著影响开发效率。
MCXN947 是恩智浦上市的高性能微控制器，提供多种调试和记录解决方案，其中最常用的是ITM（仪器跟踪宏单元）和UART打印。ITM 利用 Cortex-M 内核的调试功能，通过调试接口高速传输数据，使其适用于具有严格实时要求的场景。UART 打印则通过 UART 外设输出日志，具有很强的通用性，适合生产环境。
本文解释了如何在MCUXpresso IDE 中使用这两种输出方法，以提高开发效率和系统可靠性。
2. ITM 和 UART 打印的原理和特点
2.1 ITM – 原理与特点
工作原理：
ITM（Instrumentation Trace Macrocell）是 Cortex-M 内核提供的一项调试功能。它通过调试接口（例如 SWD/JTAG）使用 SWO 实时传输数据。开发人员可以使用ITM_SendChar()函数将调试信息发送到 ITM端口，然后由调试器捕获并显示在 IDE 的调试控制台中。
优势：
- 高速传输：ITM 利用调试接口的带宽，速度远超 UART（通常超过 10 Mbps）。
- 低 CPU 占用： ITM 由硬件处理，几乎不消耗 CPU 资源。
- 无额外外设： 不依赖 UART 或其他外设，节省硬件资源。
劣势：
- 调试器依赖： 需要连接调试器（如 MCU-Link、J-Link），不能直接用于生产环境。
- 配置复杂：需要正确的 ITM 端口和调试器设置，这对初学者来说可能具有挑战性。
2.2 UART 打印——原理和特点
工作原理：
UART 打印通过 UART 外设将调试信息发送到串行终端。开发人员通常将printf函数重定向到UART，从而使标准库函数用于日志输出。数据通过 TX/RX 引脚传输，可以使用串行工具（例如 PuTTY、Tera Term）在 PC 上查看。MCUXpresso IDE 还内置了一个用于 UART 调试的终端。
优势：
- 高度通用：几乎所有嵌入式板都支持UART，使其广泛适用。
- 生产就绪：不需要调试器，可以直接在生产环境中使用。
- 易于实施：配置简单，非常适合初学者和快速原型制作。
劣势：
- 低速： 受限于 UART 波特率，导致传输效率降低。
- 外围资源使用： 占用 UART 外设和引脚，可能影响其他功能。
- 实时性能差： 由于中断延迟和波特率限制，不适合高实时场景。
2.3 对比总结
下表总结了 ITM 与 UART 打印的主要特点：
| 特性 | ITM | UART 打印 |
|---|---|---|
| 传输速度 | 高（10 Mbps 或更高） | 低（通常为 115200 bps） |
| CPU 开销 | 低 | 更高 |
| 外围依赖 | 无 | 需要 UART 外设和引脚 |
| 调试器依赖 | 需要 | 不需要 |
| 生产适用性 | 不合适 | 合适 |
| 配置复杂性 | 复杂 | Simple |
| 实时性能 | 高 | 低 |
使用场景：
- ITM： 非常适合开发阶段调试，且实时需求高（如电机控制、信号处理）。
- UART 打印： 适合生产日志、初学者友好的设置以及一般调试需求。
3. 在 MCUXpresso IDE 中的实施步骤
3.1 使用 ITM 打印
硬件需求： 确保芯片的 SWO 引脚连接到调试器的 SWO 接口。
软件配置：
1）创建新项目时，选择“Redirect printf/scanf to ITM”以将 printf/scanf 重定向到 ITM。
2) 配置跟踪时钟：
Alice_Yang_3-1764645858437.png
/*!< Switch TRACE to TRACE_DIV */
CLOCK_AttachClk(kTRACE_DIV_to_TRACE);
/*!< Set up dividers */
/*!< Set TRACECLKDIV divider to value 3 */
CLOCK_SetClkDiv(kCLOCK_DivTraceClk, 3U);
4）在 ITM 控制台中查看输出结果。
3.2 使用 UART 打印
1）创建新项目时，选择 SDK 调试控制台为 UART，设置 DebugConsole 使用 UART。
Alice_Yang_12-1764646136052.png
2）使用 MCUXpresso IDE 的外设工具配置 DebugConsole-UART。
3）使用引脚工具配置 UART TX/RX 引脚。
4）连接串行硬件，并在终端中查看输出结果。
4. 结论
ITM 和 UART 打印各有其优势。开发人员应根据项目需求选择合适的方法。ITM 更适合在开发过程中进行高实时调试，而 UART 打印则更适合生产环境和一般调试。