ARM FVP(固定虚拟平台)Linux内核调试简明手册

深碍√TFBOYSˉ_ 2021-12-23 04:05 225阅读 0赞

*  1. 介绍
 *  2. DS-5准备工作
    
     *  2.1 DS-5下载安装
     *  2.2 获取序列号
 *  3. 调试官方Linux内核demo
    
     *  3.1 准备
     *  3.2 创建调试连接和启动FVP
     *  3.3 基本调试操作
 *  4. 调试自定义Linux内核
    
     *  4.1 编译bootwrapper
     *  4.2 创建调试连接和启动FVP
     *  4.3 调试32位Linux内核
 *  4. 结语
 *  参考文献

# 1. 介绍 #

Linux作为目前最为流行的开源操作系统，在各大IC厂商和IBM、Google、微软等大公司的大力支持下，支持嵌入式、个人电脑、服务器等众多硬件平台和应用场景，因此得到了广泛的应用。但正是由于其广泛的实用性，Linux内核的复杂程度也与日俱增，仅凭代码阅读、打印、内核调试功能等手段已经很难对Linux内核进行深入理解。

ARM处理器架构是目前应用最为广泛的处理器，而ARM FVP（Fixed Virtual Platform，固定虚拟平台）是ARM公司提供的一款模拟器平台，可以模拟各大常见ARM处理器厂商的处理器和平台，从而使得在没有仿真器的支持下对Linux内核进行调试。

ARM DS-5是ARM公司提供的调试套件，内嵌了FVP，可用于实际硬件环境和模拟器环境的调试。本文集中于使用DS-5对运行在FVP平台上的Linux内核的调试。

本文使用的环境如下：

*  Ubuntu 16.04 LTS（Xenial）；
 *  DS-5 V5.27.1

**关键词**：ARM模拟器; Linux内核调试；ARM FVP；ARM DS-5；

# 2. DS-5准备工作 #

## 2.1 DS-5下载安装 ##

1.下载[DS-5][];

1.  解压缩安装包:  
    `tar xzf DS500-BN-00019-r5p0-27rel1.tgz -C <解压缩目录>`
2.  进入解压缩目录，执行如下命令进行安装：  
    `sudo ./install.sh`  
    **注意**：安装过程中建议都采用会默认设置，DS-5将默认安装到/usr/local/目录下，本文中是在/usr/local/DS-5\_v5.27.1/。

## 2.2 获取序列号 ##

1.  启动DS-5：  
    `/usr/local/DS-5_v5.27.1/bin/eclipse &`  
    **注意**：启动过程中会提示选择workspace，根据需要选择即可，默认为home目录下的DS-5\_Workspace。
2.  申请license：
    
     *  第一次启动DS-5时，会弹出对话框，提示需要一个有效的序列号，选择**Open License Maneger**即可打开License管理器；
    
    ![1240][]
    
    选择上图所示的打开License管理器即可。
    
     *  依次点击菜单`Help->ARM License Maneger`，打开License管理器；  
        ![1240][]
3.  在License管理器中选择添加license：  
    ![1240][]
4.  选择license类型为30天版本：  
    ![1240][]
5.  选择用于license绑定的网卡：  
    ![1240][]
6.  注册ARM官网账号并填写账号密码：  
    ![1240][]
    
    **注意**：
    
     *  已有账号则无需注册；
     *  注册时ARM会发送一个6位验证码，注册信息主要是邮箱、姓名和单位等；
7.  账号信息输入正确后会开始联网申请license，成功后显示如下界面，然后确认重启DS-5即可：  
    ![1240][]

# 3. 调试官方Linux内核demo #

## 3.1 准备 ##

1.  下载[DS-5 Linux Distribution Example][];
2.  依次点击菜单`File->Import`，进入导入类型选择页面，并选择图中所示类型，点击下一步：  
    ![1240][]
3.  在已存在工程导入页面选择压缩包方式导入，勾选DS-5扫描出来的`distribution`工程，并点击Finish完成导入：  
    ![1240][]  
    **注意**：
    
     *  DS-5会自动搜索压缩包中的工程，此处是`distribution`；
     *  工程必须手工钩选；
     *  工程不能重复导入同一个worksapce；
     *  完成导入后，源码会被拷贝到workspace目录下：  
        ![1240][]

## 3.2 创建调试连接和启动FVP ##

1.  依次点击菜单`Run->Debug Configuration`，打开调试配置界面以创建新连接：  
    ![1240][]
    
    **注意**：
    
     *  双击或右键点击上图左边栏中箭头所示的`DS-5 Debugger`创建新连接；
     *  右键点击任何已有连接并选择`duplication`也可以创建新连接；
     *  新连接可以通过上图中红圈中的`Name`项来修改。
2.  在上图所示`Connection`选项页中选择硬件模型`Debug Cortex-A9x4 SMP`（ARM vexpress Cortex-A9 4核处理器平台SMP模式），并修改上图所示的模型参数：
    
    > \--data "/usr/local/DS-5\_v5.27.1/arm/linux\_distribution/kernel\_ve@0x80008000" --data "/usr/local/DS-5\_v5.27.1/arm/linux\_distribution/rtsm\_ve-cortex\_a9x4.dtb@0x80f00000" -C motherboard.mmc.p\_mmc\_file="/usr/local/DS-5\_v5.27.1/arm/linux\_distribution/rootfs.image" -C motherboard.vfs2.mount= -C motherboard.terminal\_3.start\_telnet=false -C motherboard.terminal\_3.mode=raw -C motherboard.pl011\_uart3.untimed\_fifos=true -C motherboard.terminal\_3.start\_port=5003 -C motherboard.smsc\_91c111.enabled=1 -C motherboard.hostbridge.userNetworking=1 -C motherboard.hostbridge.userNetPorts="8080=8080"
    
    **注意**：
    
     *  `--data file_path@load_adddress`参数用于加载文件到指定的位置；
     *  `-C parametr=value`用于设定模拟器的参数，模拟器参数可以使用如下命令列举出来：
        
        > /usr/local/DS-5\_v5.27.1/bin/FVP\_VE\_Cortex-A9x4 --list-params
3.  在上图所示`Files`选项页中设置引导程序和Linux内核符号表：  
    ![1240][]
    
    **注意**：引导程序用于对Linux内核进行基本的初始化，并加载操作系统；此处使用DS-5自带的32位bootwrapper，仅用于示例代码。
4.  设置从内核入口地址启动:  
    ![1240][]
    
    **注意**：如果源代码不在工程目录下，则需要设置源码搜索路径。
5.  点击调试配置界面中的`Apply`按钮保存配置；
6.  点击调试配置界面中的`Debug`按钮或者右键点击调试连接名称选择`Connect to Target`开始调试。  
    ![1240][]

**注意**：第一次运行时，会弹出`Confirm Perspective Switch`对话框，选择`Yes`即可。

## 3.3 基本调试操作 ##

1.  控制界面：用于resume、puase、step、step over等操作。  
    ![1240][]
2.  命令和命令历史界面：用于显示命令流、命令结果、命令执行历史等。  
    ![1240][]
3.  信息查看界面1：查看和修改寄存器、断点、变量、函数等。  
    ![1240][]
    
    **注意**：
    
     *  寄存器和函数界面中可以使用`Ctrl+F`唤出搜索框；
     *  寄存器值、变量值、断点地址、函数名称等均可右键唤出相关菜单，执行反汇编、查看内存、跳转等操作。
4.  信息查看界面2：查看函数调用栈、函数大纲、事件、内存等，修改内存内容，并可实时显示当前对应的汇编指令和跳转到指定的汇编指令等。  
    ![1240][]
5.  源码跟踪界面：显示源码级实时跟踪、设置断点、强制跳转等。  
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6.  终端界面：显示终端和错误记录。  
    ![1240][]

# 4. 调试自定义Linux内核 #

此处以64位处理器ARM Cortex-A53处理器为例，给予官方demo进行调整后，对32位Linux内核进行调试。

## 4.1 编译bootwrapper ##

由于自带的bootwrapper仅支持32位处理器，因此必须自己编译64位版本。

1.  从[kernel.org bootwrapper项目][kernel.org bootwrapper]克隆源码：
    
    > git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/mark/boot-wrapper-aarch64.git
2.  配置bootwrapper：
    
    > cd boot-wrapper-aarch64  
    > ./configure --host=aarch64-linux-gnu --with-kernel-dir=~/tmp/linux-32/tmparm --with-dtb=~/tmp/fvp-base-gicv3-psci.dtb --enable-gicv3
    
    **注意**：
    
     *  `--host`用于指定编译工具;
     *  `--with-kernel-dir`用于指定内核映像目录，`--with-dtb`用于指定DTB文件，从而将这些文件链接到中最终的image文件中；
     *  更多配置选项可以通过`./configure --help`获取；
     *  模拟器对应的硬件平台的DTB文件可以从[Linaro发行版目录][Linaro]下载，例如本例所用的DTB文件来自于[archive/14.09/openembedded/aarch64/][archive_14.09_openembedded_aarch64]。
3.  编译
    
    > make

## 4.2 创建调试连接和启动FVP ##

基于3.2章节流程，进行如下修改：

1.  `Connection`选项页中选择硬件模型`Debug Cortex-A53`，并修改上图所示的模型参数：  
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    **注意**：`-C bp.secure_memory=false`用于解决模拟器报错：  
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2.  `Files`选项页中设置引导程序和符号表：  
    ![1240][]
3.  设置从入口地址启动和源码搜索路径:  
    ![1240][]

## 4.3 调试32位Linux内核 ##

A53模拟器启动后工作在64位EL3模式下，不能加载32位符号表：  
![1240][]

因此，必须以如下方式加载：

1.  在bootwrapper的模式切换指令处设置断点：  
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2.  单步执行进入32位模式后，在命令和命令历史界面的命令输入框中手动加载Linux内核的符号表：  
    ![1240][]
    
    **注意**：
    
     *  在处理器模式切换后，符号表可能失效，因此需要再次加载符号表;
     *  `add-symbol`命令用于加载符号表到指定的位置，格式为`add-symbol-file filename [offset] [-s section address]...`;其中，`offset`用于指定符号表中链接地址的偏移量，具体使用方法参见`Help`信息中`ARM DS-5 Documentation > ARM DS-5 Debugger > Debugger Command Reference > DS-5 Debugger commands > DS-5 Debugger commands listed in alphabetical order`章节。
3.  继续跟踪源码：  
    ![1240][]

# 4. 结语 #

相对与其他模拟器平台，例如QEMU，FVP对ARM处理器的支持更为完善和强大，即使需要注册和30天序列号的限制，仍然不失为研究Linux内核的一款利器。

# 参考文献 #

*  [Debugging a Linux Symmetric Multi-Processing (SMP) Kernel using DS-5][Debugging a Linux Symmetric Multi-Processing _SMP_ Kernel using DS-5]
 *  [DS-5教程-ARM DS-5配合DSTREAM仿真器调试Linux和Android内核][DS-5_-ARM DS-5_DSTREAM_Linux_Android]
 *  [使用ARM DS-5探究Linux Kernel booting过程][ARM DS-5_Linux Kernel booting]

转载于:https://www.cnblogs.com/EmbeddedLiving/p/7429121.html

[DS-5]: https://developer.arm.com/products/software-development-tools/ds-5-development-studio/resources/tutorials/getting-started-with-ds-5-development-studio
[1240]: 
[DS-5 Linux Distribution Example]: https://silver.arm.com/download/download.tm?pv=2122456
[kernel.org bootwrapper]: https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/mark/boot-wrapper-aarch64.git/
[Linaro]: https://releases.linaro.org/
[archive_14.09_openembedded_aarch64]: https://releases.linaro.org/archive/14.09/openembedded/aarch64/
[Debugging a Linux Symmetric Multi-Processing _SMP_ Kernel using DS-5]: https://developer.arm.com/products/software-development-tools/ds-5-development-studio/resources/tutorials/linux-symmetric-multiprocessing-kernel-debug
[DS-5_-ARM DS-5_DSTREAM_Linux_Android]: http://www.myir-tech.com/resource/500.asp
[ARM DS-5_Linux Kernel booting]: https://community.arm.com/cn/b/blog/posts/arm-ds-5-linux-kernel-booting