QEMU+GDB调试ARM程序

通过GDB调试代码的便利性无需赘言。我们直接以调试meta-hypervisor为示例进行说明。

准备工作

代码

代码请参考meta-hypervisor和meta-demos。代码里边有详细的说明文档。

QEMU

安装qemu-system-aarch64，版本要求大于5.0。

启动QEMU

启动QEMU的命令：

 

qemu_cmd:=qemu-system-aarch64
run: platform
    @$(qemu_cmd) -nographic
        -M virt,secure=on,virtualization=on,gic-version=3 
        -cpu cortex-a53 -smp 4 -m 4G
        -bios $(atf-fip)
        -device loader,file="$(meta_image)",addr=0x50000000,force-raw=on
        -device virtio-net-device,netdev=net0
        -netdev user,id=net0,net=192.168.42.0/24,hostfwd=tcp5555-:22
        -device virtio-serial-device -chardev pty,id=serial3 -device virtconsole,chardev=serial3
        -S -s

 

-bios $(atf-fip)

atf-fip是指编译出的ATF和U-boot的二进制文件。

-device loader,file="$(meta_image)",addr=0x50000000,force-raw=on

meta_image指的是meta-hypervisor的二进制代码。addr=0x50000000指的是加载到物理内存0x50000000地址处。

-M virt,secure=on,virtualization=on,gic-version=3

指定需要使用的machine类型，virt是qemu提供的一个通用machine，可以同时支持arm32和arm64（部分cortex不支持），-M help可以列出所有支持的machine列表。

secure=on是支持安全空间。

virtualization=on是支持虚拟化扩展。

gic-version=3是支持GICv3通用中断控制器类型。

-cpu cortex-a53 -smp 4 -m 4G

-cpu cortex-a53：指定模拟的CPU类型。可以使用-cpu help，查看当前支持的CPU类型。

-m 4G：指定内存大小。

-smp 4：指定CPU核的数量，默认是1。

-s -S：可选，调试参数。-S，可以让qemu加载image到指定位置后停止运行，等待gdb连接；-s， 等价于--gdb tcp::1234，启动gdb server并默认监听1234端口。

启动gdb客户端

再打开一个命令行窗口：

 

gdb-multiarch --tui ./bin/qemu-aarch64-virt/meta.elf

 

启动后的界面，如下所示：

连接gdb-server：

 

(gdb) target remote localhost:1234

 

在cpu_init函数打breakpoint。然后，执行命令continue。回到gdb-server端，输入go 0x50000000开始运行程序。

gdb客户端，执行单步执行，最后发现是mem_init_vm_config(config_addr)函数执行出现问题。打印变量print/x config_addr，结果是1。而我们配置平台的物理内存是从0x40000000处开始的。这样，等于我们访问非法物理地址。

用VSCode可视化环境调试

vscode中集成了gdb功能，我们可以用它来图形化的调试meta-hypervisor。

首先，我们按下ctrl+alt+D，调出debug窗口，选择创建launch.json文件，添加vscode的gdb配置文件(.vscode/launch.json)：

 

{
    // Use IntelliSense to learn about possible attributes.
    // Hover to view descriptions of existing attributes.
    // For more information, visit: https://go.microsoft.com/fwlink/?linkid=830387
    "version": "0.2.0",
    "configurations": [
        {
            "name": "(gdb-multiarch) Launch",
            "type": "cppdbg",
            "request": "launch",
            "program": "${workspaceFolder}/wrkdir/srcs/meta/bin/qemu-aarch64-virt/meta.elf",
            "cwd": "${workspaceFolder}",
            "MIMode": "gdb",
            "miDebuggerPath": "/usr/bin/gdb-multiarch",
            "miDebuggerServerAddress": "localhost:1234"
        }

    ]
}

 

这里对几个重点参数做一些说明：

program: 调试的符号文件

miDebuggerPath：gdb的路径， 这里需要注意的是，由于我们是arm64内核，因此需要用gdb-multiarch来进行调试

miDebuggerServerAddress：对端地址，qemu会默认使用1234这个端口

配置完成之后，可以直接启动GDB, 连接上meta-hypervisor（gdb-server端的启动顺序参考前面的一段），界面如下所示：

在vscode中，可以设置断点，进行单步调试。可以查看变量、通用寄存器、系统寄存器、浮点寄存器等。还可以查看调用栈的过程。具体如下红色方框和文字注释所示：

　　审核编辑：汤梓红