3. 样机阶段核心任务

样机阶段是 MCU 项目从“能跑起来”走向“可验证、可复现、可交接”的关键窗口。这个阶段的目标不是把功能堆完，而是建立一套可观测、可定位、可回归的工程基线。功能验证回答“做对了没有”，外设驱动开发回答“底层是否稳定”，调试接口使用回答“出问题时能否进入现场”，日志与断言机制回答“问题是否留下证据”。四者构成一个闭环：验证驱动开发，调试支撑验证，日志与断言把一次性的调试经验固化为长期资产。

一、核心原理：四类任务构成可观测闭环

样机阶段最容易被低估的是“可观测性”。很多团队把时间花在写业务逻辑上，等到量产测试才发现某个 I²C 从机偶发 NACK、某路 ADC 在低温下漂移、某次看门狗复位后现场丢失。根因往往不是功能没写，而是样机阶段没有把观测手段建起来。功能验证需要明确的输入、预期输出和判定条件；外设驱动需要分层，把寄存器操作、时序控制、错误恢复与业务解耦；调试接口需要保留 SWD/JTAG、串口 shell、RTT 等通道；日志与断言需要在编译期和运行期同时控制成本与信息量。

二、方法流程：从功能清单到可回归基线

建议按以下顺序推进，避免“先写业务、后补驱动”的倒置。第一步，冻结样机功能清单，把每个功能拆成可独立触发的测试项，标注优先级和依赖外设。第二步，先打通最小系统：时钟、复位、电源、调试接口、串口日志，确保“能下载、能打印、能复位”。第三步，按外设逐个开发驱动，每个驱动配套一个自测命令或测试桩。第四步，接入日志分级与断言策略，把关键状态、错误码、时序打点输出到串口或 RTT。第五步，形成冒烟测试脚本，每次提交后自动跑一遍核心路径。

1. 功能验证：为每个功能定义输入条件、预期输出、边界条件和失败判据，优先覆盖上电、复位、异常恢复三类场景。
2. 外设驱动开发：按“寄存器层—时序层—设备层—业务层”分层，驱动内部处理超时、重试和错误码，不把硬件细节泄漏到业务代码。
3. 调试接口使用：保留 SWD 下载与单步、串口 shell 交互、RTT 实时打印；量产固件可通过选项字节或引脚状态关闭调试口，但样机阶段必须开放。
4. 日志与断言机制：日志分 ERROR/WARN/INFO/DEBUG 四级，断言区分“开发期致命”和“量产期降级”，避免断言本身成为复位源。

三、外设驱动与调试接口的配合

外设驱动开发最忌讳“只写成功路径”。以 SPI 驱动为例，除了正常收发，还要处理忙等待超时、DMA 传输错误、从机无响应、时钟极性配置错误等情况。驱动应返回统一错误码，并允许上层决定重试或降级。调试接口方面，SWD 适合断点与寄存器查看，串口 shell 适合运行时改参数和触发测试，RTT 适合高频打点且不占用 UART。三者不是替代关系，而是不同时间尺度的观测手段。

/* 驱动层错误码示例 */
typedef enum {
    DRV_OK        = 0,
    DRV_TIMEOUT   = 1,
    DRV_BUSY      = 2,
    DRV_PARAM_ERR = 3,
    DRV_HW_FAULT  = 4
} drv_status_t;

/* 日志分级与断言宏 */
#define LOG_E(fmt, ...)  log_printf(LOG_ERROR, fmt, ##__VA_ARGS__)
#define LOG_W(fmt, ...)  log_printf(LOG_WARN,  fmt, ##__VA_ARGS__)
#define LOG_I(fmt, ...)  log_printf(LOG_INFO,  fmt, ##__VA_ARGS__)

#define ASSERT_DEV(cond)  do { \
    if (!(cond)) { \
        LOG_E("assert fail: %s, line %d", #cond, __LINE__); \
        while (1) { } \
    } \
} while (0)

四、日志与断言：把调试经验固化为资产

日志不是越多越好，而是“关键路径必有、高频路径可关”。建议在样机阶段默认打开 INFO，量产固件默认只保留 ERROR 和必要 WARN。断言要区分场景：开发期断言失败可以直接停机并打印现场；量产期断言失败应记录错误码并尝试恢复，避免设备变砖。日志输出通道也要做缓冲和限流，防止高频打印拖慢主循环或阻塞中断。

五、案例与场景：一次 I²C 偶发失败复盘

某样机在老化测试中间歇性出现传感器读取失败，复位后恢复。初期排查怀疑传感器本身，更换后仍复现。后来在 I²C 驱动中加入超时计数和错误码日志，发现失败集中在总线被从机拉低超过 3 ms 的场景。进一步用逻辑分析仪抓取波形，确认是某次从机时钟拉伸后主机未正确处理。修复方式是在驱动层增加超时恢复：检测到 SCL 被拉低超时后，发送 9 个时钟脉冲并重新初始化总线。这个案例说明，如果样机阶段没有日志和错误码，问题会被误判为“传感器不稳定”，量产阶段将付出更大代价。

六、样机阶段的最小交付基线

建议在样机阶段结束时，至少交付以下内容：一份功能验证清单，记录每个测试项的输入、预期、实测结果和失败原因；一套外设驱动接口，包含错误码定义和超时策略；一份调试接口说明，明确 SWD、串口、RTT 的用途和连接方式；一套日志分级规范，明确各级别开关方式和输出通道；一份断言策略，区分开发期与量产期行为。完成这些，样机才具备进入小批量试产的条件。

把样机阶段当作“建立可观测基线”的过程，而不是“把功能写完”的过程，后续的小批量试产和量产导入才会顺畅。功能验证、外设驱动、调试接口、日志与断言四件事做扎实，样机才真正具备可交接、可复现、可回归的工程价值。