PCA課件 第六章 嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試講義

第6章嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試調(diào)試器兩種遠程調(diào)試的方案第6章嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試調(diào)試器一調(diào)試器遠程調(diào)試調(diào)試器還是運行于通用桌面操作系統(tǒng)的應用程序，被調(diào)試的程序則運行于基于特定硬件平臺的嵌入式操作系統(tǒng)（目標操作系統(tǒng)）。一調(diào)試器遠程調(diào)試問題：調(diào)試器與被調(diào)試程序如何通信被調(diào)試程序產(chǎn)生異常如何及時通知調(diào)試器調(diào)試器如何控制、訪問被調(diào)試程序調(diào)試器如何識別有關(guān)被調(diào)試程序的多任務信息并控制某一特定任務調(diào)試器如何處理某些與目標硬件平臺相關(guān)的信息（如目標平臺的寄存器信息、機器代碼的反匯編等）。問題：調(diào)試器與被調(diào)試程序如何通信二兩種主要遠程調(diào)試的方案1、插樁（stub）

2、片上調(diào)試（OnChipDebugging）二兩種主要遠程調(diào)試的方案1、插樁（stub）

1、插樁（stub）

在目標操作系統(tǒng)和調(diào)試器內(nèi)分別加入某些功能模塊，二者互通信息來進行調(diào)試。1、插樁（stub）在目標操作系統(tǒng)和調(diào)試器內(nèi)分別加入某些步驟調(diào)試器與被調(diào)試程序的通信

調(diào)試器與目標操作系統(tǒng)通過指定通信端口（串口、網(wǎng)卡、并口）遵循遠程調(diào)試協(xié)議進行通信。被調(diào)試程序產(chǎn)生異常及時通知調(diào)試器

目標操作系統(tǒng)的所有異常處理最終都要轉(zhuǎn)向通信模塊，告知調(diào)試器當前的異常號；調(diào)試器據(jù)此向用戶顯示被調(diào)試程序產(chǎn)生了哪一類異常。步驟調(diào)試器與被調(diào)試程序的通信

調(diào)試器與目標操作系統(tǒng)通過指定通調(diào)試器控制、訪問被調(diào)試程序

調(diào)試器的這類請求實際上都將轉(zhuǎn)換成對被調(diào)試程序的地址空間或目標平臺的某些寄存器的訪問，目標操作系統(tǒng)接收到這樣的請求可以直接處理。對于沒有虛擬存儲概念的簡單的嵌入式操作系統(tǒng)而言，完成這些任務十分容易。調(diào)試器識別有關(guān)被調(diào)試程序的多任務信息并控制某一特定任務

由目標操作系統(tǒng)提供相關(guān)接口。目標系統(tǒng)根據(jù)調(diào)試器發(fā)送的關(guān)于多任務的請求，調(diào)用該接口提供相應信息或針對某一特定任務進行控制，并返回信息給調(diào)試器。調(diào)試器控制、訪問被調(diào)試程序

調(diào)試器的這類請求實際上都將轉(zhuǎn)換成調(diào)試器處理與目標硬件平臺相關(guān)的信息

第2條所述調(diào)試器應能根據(jù)異常號識別目標平臺產(chǎn)生異常的類型也屬于這一范疇，這類工作完全可以由調(diào)試器獨立完成。支持多種目標平臺正是GNUGDB的一大特色。調(diào)試器處理與目標硬件平臺相關(guān)的信息

第2條所述調(diào)試器應能根據(jù)幾種Linux內(nèi)核調(diào)試工具1、kdb：只能在匯編代碼級進行調(diào)試；

優(yōu)點是不需要兩臺機器進行調(diào)試。2、gdb：在調(diào)試模塊時缺少一些至關(guān)重要的功能，它可用來查看內(nèi)核的運行情況，包括反匯編內(nèi)核函數(shù)。3、kgdb：能很方便的在源碼級對內(nèi)核進行調(diào)試，缺點是kgdb只能進行遠程調(diào)試，它需要一根串口線及兩臺機器來調(diào)試內(nèi)核(也可以是在同一臺主機上用vmware軟件運行兩個操作系統(tǒng)來調(diào)試)幾種Linux內(nèi)核調(diào)試工具1、kdb：只能在匯編代碼級進行調(diào)GDB的使用1、GDB主要功能運行你的程序，設(shè)置所有的能影響程序運行的東西。保證你的程序在指定的條件下停止。當你程序停止時，讓你檢查發(fā)生了什么。改變你的程序。那樣你可以試著修正某個bug引起的問題，然后繼續(xù)查找另一個bug.

GDB的使用1、GDB主要功能Gdb使用舉例用一個模擬進程調(diào)度的原程序os.c作為例子說明gdb的使用方法。1、取得包括原代碼符號的可執(zhí)行代碼gcc

-g

os.c

-o

os

gcc

-g

<原文件.c>

-o

<要生成的文件名>

-g

的意思是生成帶原代碼調(diào)試符號的可執(zhí)行文件。

-o

的意思是指定可執(zhí)行文件名。Gdb使用舉例用一個模擬進程調(diào)度的原程序os.c作為例子說GDB

is

free

software

and

you

are

welcome

to

distribute

copies

of

it

under

certain

conditions;

type

"show

copying"

to

see

the

conditions.

There

is

absolutely

no

warranty

for

GDB;

type

"show

warranty"

for

details.

GDB

4.16,

Copyright

1995

Free

Software

Foundation,

Inc...

(gdb)(gdb)是提示符，在這提示符下可以輸入命令，直到退出。GDB

is

free

software

and

you

a2、設(shè)置gdb的屏幕大小。鍵入：

(gdb)set

width

70

就是把標準屏幕設(shè)為70列。3、設(shè)置斷點。設(shè)置方法:break或b后面加行號或函數(shù)名gdb)break

main或(gdb)b

main

系統(tǒng)提示：Breakpoint

1

at

0x8049552:

file

os.c,

line

455.2、設(shè)置gdb的屏幕大小。鍵入：

(g4、運行這個程序，當程序運行到main函數(shù)時程序就會停止返回到gdb的提示符下。運行的命令是run或r(gdb中有不少alias,可以看一下help,在gdb下打help)run

后面可以跟參數(shù)，就是為程序指定命令行參數(shù)。顯示：

Starting

program:

<路徑>/os

Breakpoint

1,

main

()

at

os.c:455

455

Initial();

這里455

Initial();是將要執(zhí)行的命令或函數(shù)。4、運行這個程序，當程序運行到main函數(shù)時程序就會停止返回gdb提供兩種方式：1.單步進入,step

into就是跟蹤到函數(shù)內(nèi)啦。命令是step或s

2.單步，next，就是簡單的單步，不會進入函數(shù)。命令是next或n如用n命令，鍵入:

(gdb)ngdb提供兩種方式：如用n命令，鍵入:

(gdb)nCPU

:

NO

process

running

IO

:

No

process

Waiting

CPU!!!

31474

31475

31476

31477

31478

31479

Waiting

IO

NONE

456

State=WAITING;

最后的一行就是下一句要執(zhí)行的命令。現(xiàn)在在另一個函數(shù)上加斷點。注意：可以用l/list命令來顯示原代碼。(gdb)lCPU

:

NO

process

running

IO

451

main()

452

{

453

int

message;

454

455

Initial();

456

State=WAITING;

457

printf("Use

Control-C

to

halt

\n");

458

signal(SIGALRM,AlarmMessage);

459

signal(SIGINT,InteruptMessage);

460

signal(SIGUSR2,IoMessage);

(gdb)

l

461

alarm(TimeSlot);

462

for(;;)

463

{

464

message=GetMessage();

465

switch(message)

466

{

468

break;

469

case

CHILD_IO:

WaitingIo();

470

break;

451

main()

452

{

453

現(xiàn)在在AlarmMessage上加斷點。

(gdb)

b

AlarmMessage

Breakpoint

2

at

0x8048ee3:

file

os.c,

line

259.

(gdb)

然后我們繼續(xù)運行程序。

(gdb)c

c或continue命令讓我們繼續(xù)被中斷的程序。顯示：

Continuing.

Use

Control-C

to

halt

Breakpoint

2,

AlarmMessage

()

at

os.c:259

259

ClearSignal();現(xiàn)在在AlarmMessage上加斷點。(gdb)

b

A用s/step跟蹤進入這個函數(shù)看看它是干什么的。

(gdb)

s

ClearSignal

()

at

os.c:227

227

signal(SIGINT,SIG_IGN);

用l命令列出原代碼：

(gdb)

l

222

}

223

224

225

void

ClearSignal()

/*

Clear

other

signals

*/

226

{

227

signal(SIGINT,SIG_IGN);

228

signal(SIGALRM,SIG_IGN);

229

signal(SIGUSR2,SIG_IGN);

230

}

231

(gdb)用s/step跟蹤進入這個函數(shù)看看它是干什么的。

(gdb)檢查變量、表達式的值的命令是p或print

格式是p

<表達式>

如：(gdb)

p

WaitingQueue

$1

=

{1,

2,

3,

4,

5,

6,

0}

(gdb)檢查變量、表達式的值的命令是p或print

格式是p

<表達目標操作系統(tǒng)支持遠程調(diào)試協(xié)議的通信模塊（包括簡單的設(shè)備驅(qū)動）多任務調(diào)試接口改寫異常處理的有關(guān)部分定義一個設(shè)置斷點的函數(shù)目標操作系統(tǒng)支持遠程調(diào)試協(xié)議的通信模塊（包括簡單的設(shè)備驅(qū)動）目標操作系統(tǒng)添加的這些模塊統(tǒng)稱為“插樁”若駐留于ROM中則稱為ROMmonitor目標操作系統(tǒng)添加的這些模塊統(tǒng)稱為“插樁”通用操作系統(tǒng)也有具備這類模塊編譯運行于Alpha、Sparc或PowerPC平臺的LINUX內(nèi)核時若將kgdb開關(guān)打開，就相當于加入了插樁。通用操作系統(tǒng)也有具備這類模塊調(diào)試過程調(diào)試過程Stub的本質(zhì)軟件接管目標系統(tǒng)的全部異常處理（exceptionhandler）及部分中斷處理在其中插入調(diào)試端口通信模塊，與主機的調(diào)試器交互不用于正式發(fā)布的調(diào)試版Stub的本質(zhì)軟件接管目標系統(tǒng)的全部異常處理（excepti2.片上調(diào)試OnChipDebugging片上調(diào)試是在處理器內(nèi)部嵌入額外的控制模塊，當滿足了一定的觸發(fā)條件時進入某種特殊狀態(tài)在該狀態(tài)下，被調(diào)試程序停止運行，主機的調(diào)試器可以通過處理器外部特設(shè)的通信接口訪問各種資源（寄存器、存儲器等）并執(zhí)行指令。主機通信端口與目標板調(diào)試通信接口信號轉(zhuǎn)換電路板連接2.片上調(diào)試OnChipDebugging片上調(diào)試是在處PCA課件第六章嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試講義內(nèi)嵌的控制模塊以基于微碼的監(jiān)控器（microcodemonitor）或純硬件資源的形式存在包括一些提供給用戶的接口（如斷點寄存器等）具體產(chǎn)品有MotorolaCPU16、CPU32、Coldfire系列的BDM（BackgroundDebugMode），MotorolaPowerPC5xx、8xx系列的EPBDM（EmbeddedPowerPCBackgroundDebugMode），IBM、TI的JTAG（JointTestActionDebug，IEEE標準），還有OnCE、MPSD等等。內(nèi)嵌的控制模塊以基于微碼的監(jiān)控器（microcodemonEPBDM的執(zhí)行流程相當于用處理器內(nèi)嵌的調(diào)試模塊接管中斷及異常處理。用戶通過設(shè)置調(diào)試許可寄存器（debugenableregister）來指定哪些中斷或異常發(fā)生后處理器直接進入調(diào)試狀態(tài)，而不是操作系統(tǒng)的處理程序。1、進入調(diào)試狀態(tài)后，內(nèi)嵌調(diào)試模塊向外部調(diào)試通信接口發(fā)出信號，通知一直在通信接口監(jiān)聽的主機調(diào)試器2、調(diào)試器便可通過調(diào)試模塊使處理器執(zhí)行任意系統(tǒng)指令（相當于特權(quán)態(tài)）。EPBDM的執(zhí)行流程相當于用處理器內(nèi)嵌的調(diào)試模塊接管中斷及異3、所有指令均通過調(diào)試模塊獲取，所有l(wèi)oad/store均直接訪問內(nèi)存，緩存（cache）及存儲管理單元（MMU）均不可用4、數(shù)據(jù)寄存器被映射為一個特殊寄存器DPDR，通過mtspr和mfspr指令訪問。5、調(diào)試器向處理器送rfi(returnfrominterrupt)指令便結(jié)束調(diào)試狀態(tài)，被調(diào)試程序繼續(xù)運行。3、所有指令均通過調(diào)試模塊獲取，所有l(wèi)oad/store均OCD(片上調(diào)試)的特點優(yōu)點：不占用目標平臺的通信端口無需修改目標操作系統(tǒng)能調(diào)試目標操作系統(tǒng)的啟動過程，大大方便了系統(tǒng)開發(fā)人員。缺點：軟件工作量的增加調(diào)試器端除了需補充對目標操作系統(tǒng)多任務的識別、控制等模塊針對使用同一芯片的不同開發(fā)板編寫各類ROM、RAM的初始化程序。OCD(片上調(diào)試)的特點優(yōu)點：第6章嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試調(diào)試器兩種遠程調(diào)試的方案第6章嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試調(diào)試器一調(diào)試器遠程調(diào)試調(diào)試器還是運行于通用桌面操作系統(tǒng)的應用程序，被調(diào)試的程序則運行于基于特定硬件平臺的嵌入式操作系統(tǒng)（目標操作系統(tǒng)）。一調(diào)試器遠程調(diào)試問題：調(diào)試器與被調(diào)試程序如何通信被調(diào)試程序產(chǎn)生異常如何及時通知調(diào)試器調(diào)試器如何控制、訪問被調(diào)試程序調(diào)試器如何識別有關(guān)被調(diào)試程序的多任務信息并控制某一特定任務調(diào)試器如何處理某些與目標硬件平臺相關(guān)的信息（如目標平臺的寄存器信息、機器代碼的反匯編等）。問題：調(diào)試器與被調(diào)試程序如何通信二兩種主要遠程調(diào)試的方案1、插樁（stub）

2、片上調(diào)試（OnChipDebugging）二兩種主要遠程調(diào)試的方案1、插樁（stub）

1、插樁（stub）

在目標操作系統(tǒng)和調(diào)試器內(nèi)分別加入某些功能模塊，二者互通信息來進行調(diào)試。1、插樁（stub）在目標操作系統(tǒng)和調(diào)試器內(nèi)分別加入某些步驟調(diào)試器與被調(diào)試程序的通信

調(diào)試器與目標操作系統(tǒng)通過指定通信端口（串口、網(wǎng)卡、并口）遵循遠程調(diào)試協(xié)議進行通信。被調(diào)試程序產(chǎn)生異常及時通知調(diào)試器

目標操作系統(tǒng)的所有異常處理最終都要轉(zhuǎn)向通信模塊，告知調(diào)試器當前的異常號；調(diào)試器據(jù)此向用戶顯示被調(diào)試程序產(chǎn)生了哪一類異常。步驟調(diào)試器與被調(diào)試程序的通信

調(diào)試器與目標操作系統(tǒng)通過指定通調(diào)試器控制、訪問被調(diào)試程序

調(diào)試器的這類請求實際上都將轉(zhuǎn)換成對被調(diào)試程序的地址空間或目標平臺的某些寄存器的訪問，目標操作系統(tǒng)接收到這樣的請求可以直接處理。對于沒有虛擬存儲概念的簡單的嵌入式操作系統(tǒng)而言，完成這些任務十分容易。調(diào)試器識別有關(guān)被調(diào)試程序的多任務信息并控制某一特定任務

由目標操作系統(tǒng)提供相關(guān)接口。目標系統(tǒng)根據(jù)調(diào)試器發(fā)送的關(guān)于多任務的請求，調(diào)用該接口提供相應信息或針對某一特定任務進行控制，并返回信息給調(diào)試器。調(diào)試器控制、訪問被調(diào)試程序

調(diào)試器的這類請求實際上都將轉(zhuǎn)換成調(diào)試器處理與目標硬件平臺相關(guān)的信息

第2條所述調(diào)試器應能根據(jù)異常號識別目標平臺產(chǎn)生異常的類型也屬于這一范疇，這類工作完全可以由調(diào)試器獨立完成。支持多種目標平臺正是GNUGDB的一大特色。調(diào)試器處理與目標硬件平臺相關(guān)的信息

第2條所述調(diào)試器應能根據(jù)幾種Linux內(nèi)核調(diào)試工具1、kdb：只能在匯編代碼級進行調(diào)試；

優(yōu)點是不需要兩臺機器進行調(diào)試。2、gdb：在調(diào)試模塊時缺少一些至關(guān)重要的功能，它可用來查看內(nèi)核的運行情況，包括反匯編內(nèi)核函數(shù)。3、kgdb：能很方便的在源碼級對內(nèi)核進行調(diào)試，缺點是kgdb只能進行遠程調(diào)試，它需要一根串口線及兩臺機器來調(diào)試內(nèi)核(也可以是在同一臺主機上用vmware軟件運行兩個操作系統(tǒng)來調(diào)試)幾種Linux內(nèi)核調(diào)試工具1、kdb：只能在匯編代碼級進行調(diào)GDB的使用1、GDB主要功能運行你的程序，設(shè)置所有的能影響程序運行的東西。保證你的程序在指定的條件下停止。當你程序停止時，讓你檢查發(fā)生了什么。改變你的程序。那樣你可以試著修正某個bug引起的問題，然后繼續(xù)查找另一個bug.

GDB的使用1、GDB主要功能Gdb使用舉例用一個模擬進程調(diào)度的原程序os.c作為例子說明gdb的使用方法。1、取得包括原代碼符號的可執(zhí)行代碼gcc

-g

os.c

-o

os

gcc

-g

<原文件.c>

-o

<要生成的文件名>

-g

的意思是生成帶原代碼調(diào)試符號的可執(zhí)行文件。

-o

的意思是指定可執(zhí)行文件名。Gdb使用舉例用一個模擬進程調(diào)度的原程序os.c作為例子說GDB

is

free

software

and

you

are

welcome

to

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copies

of

it

under

certain

conditions;

type

"show

copying"

to

see

the

conditions.

There

is

absolutely

no

warranty

for

GDB;

type

"show

warranty"

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details.

GDB

4.16,

Copyright

1995

Free

Software

Foundation,

Inc...

(gdb)(gdb)是提示符，在這提示符下可以輸入命令，直到退出。GDB

is

free

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and

you

a2、設(shè)置gdb的屏幕大小。鍵入：

(gdb)set

width

70

就是把標準屏幕設(shè)為70列。3、設(shè)置斷點。設(shè)置方法:break或b后面加行號或函數(shù)名gdb)break

main或(gdb)b

main

系統(tǒng)提示：Breakpoint

1

at

0x8049552:

file

os.c,

line

455.2、設(shè)置gdb的屏幕大小。鍵入：

(g4、運行這個程序，當程序運行到main函數(shù)時程序就會停止返回到gdb的提示符下。運行的命令是run或r(gdb中有不少alias,可以看一下help,在gdb下打help)run

后面可以跟參數(shù)，就是為程序指定命令行參數(shù)。顯示：

Starting

program:

<路徑>/os

Breakpoint

1,

main

()

at

os.c:455

455

Initial();

這里455

Initial();是將要執(zhí)行的命令或函數(shù)。4、運行這個程序，當程序運行到main函數(shù)時程序就會停止返回gdb提供兩種方式：1.單步進入,step

into就是跟蹤到函數(shù)內(nèi)啦。命令是step或s

2.單步，next，就是簡單的單步，不會進入函數(shù)。命令是next或n如用n命令，鍵入:

(gdb)ngdb提供兩種方式：如用n命令，鍵入:

(gdb)nCPU

:

NO

process

running

IO

:

No

process

Waiting

CPU!!!

31474

31475

31476

31477

31478

31479

Waiting

IO

NONE

456

State=WAITING;

最后的一行就是下一句要執(zhí)行的命令。現(xiàn)在在另一個函數(shù)上加斷點。注意：可以用l/list命令來顯示原代碼。(gdb)lCPU

:

NO

process

running

IO

451

main()

452

{

453

int

message;

454

455

Initial();

456

State=WAITING;

457

printf("Use

Control-C

to

halt

\n");

458

signal(SIGALRM,AlarmMessage);

459

signal(SIGINT,InteruptMessage);

460

signal(SIGUSR2,IoMessage);

(gdb)

l

461

alarm(TimeSlot);

462

for(;;)

463

{

464

message=GetMessage();

465

switch(message)

466

{

468

break;

469

case

CHILD_IO:

WaitingIo();

470

break;

451

main()

452

{

453

現(xiàn)在在AlarmMessage上加斷點。

(gdb)

b

AlarmMessage

Breakpoint

2

at

0x8048ee3:

file

os.c,

line

259.

(gdb)

然后我們繼續(xù)運行程序。

(gdb)c

c或continue命令讓我們繼續(xù)被中斷的程序。顯示：

Continuing.

Use

Control-C

to

halt

Breakpoint

2,

AlarmMessage

()

at

os.c:259

259

ClearSignal();現(xiàn)在在AlarmMessage上加斷點。(gdb)

b

A用s/step跟蹤進入這個函數(shù)看看它是干什么的。

(gdb)

s

ClearSignal

()

at

os.c:227

227

signal(SIGINT,SIG_IGN);

用l命令列出原代碼：

(gdb)

l

222

}

223

224

225

void

ClearSignal()

/*

Clear

other

signals

*/

226

{

227

signal(SIGINT,SIG_IGN);

228

signal(SIGALRM,SIG_IGN);

229

signal(SIGUSR2,SIG_IGN);

230

}

231

(gdb)用s/step跟蹤進入這個函數(shù)看看它是干什么的。

(gdb)檢查變量、表達式的值的命令是p或print

格式是p

<表達式>

如：(gdb)

p

WaitingQueue

$1

=

{1,

2,

3,

4,

5,

6,

0}

(gdb)檢查變量、表達式的值的命令是p或print

格式是p

<表達目標操作系統(tǒng)支持遠程調(diào)試協(xié)議的通信模塊（包括簡單的設(shè)備驅(qū)動）多任務調(diào)試接口改寫異常處理的有關(guān)部分定義一個設(shè)置斷點的函數(shù)目標操作系統(tǒng)支持遠程調(diào)試協(xié)議的通信模塊（包括簡單的設(shè)備驅(qū)動）目標操作系統(tǒng)添加的這些模塊統(tǒng)稱為“插樁”若駐留于ROM中則稱為ROMmonitor目標操作系統(tǒng)添加的這些模塊統(tǒng)稱為“插樁”通用操作系統(tǒng)也有具備這類模塊編譯運行于Alpha、Sparc或PowerPC平臺的LINUX內(nèi)核時若將kgdb開關(guān)打開，就相當于加入了插樁。通用操作系統(tǒng)也有具備這類模塊調(diào)試過程調(diào)試過程Stub的本質(zhì)軟件接管目標系統(tǒng)的全部異常處理（exceptionhandler）及部分中斷處理在其中插入調(diào)試端口通信模塊，與主機的調(diào)試器交