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
@$(qemu_cmd)-nographic
-Mvirt,secure=on,virtualization=on,gic-version=3
-cpucortex-a53-smp4-m4G
-bios$(atf-fip)
-deviceloader,file="$(meta_image)",addr=0x50000000,force-raw=on
-devicevirtio-net-device,netdev=net0
-netdevuser,id=net0,net=192.168.42.0/24,hostfwd=tcp5555-:22
-devicevirtio-serial-device-chardevpty,id=serial3-devicevirtconsole,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)targetremotelocalhost: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)：

{
//UseIntelliSensetolearnaboutpossibleattributes.
//Hovertoviewdescriptionsofexistingattributes.
//Formoreinformation,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