OPENJTAG调试学习（三）：使用 gdb 命令行进行调试

使用 gdb 命令行进行调试

1 gdb 命令简介

• 启动与退出
  

• 文件操作

• 查看源程序

• 断点操作
  

• 监视点操作
  

• 数据操作

• 执行程序
  

• 帮助
  

• 其他命令

2 使用 arm-elf-gdb 命令调试程序(以 S3C2440 为例)

以调试光盘上的 leds 程序为例(注：先启动 OpenOCD，如果想调试 S3C6410，OpenJTAGGUI 的“Work Dir”设为 E:\eclipse_projects\6410)：

如果不想输入那么多命令，可以把它们写入一个文件，比如 gdb.init；然后这样启动 gdb:

arm-elf-gdb -x gdb.init leds_elf

附 gdb.init 的内容：

target remote localhost:3333 
monitor halt 
monitor arm920t cp15 2 0 // 对于S3C6410，这句改为 monitor arm mcr 15 0 1 0 0 0
monitor step 
load 
break main // 对于S3C6410，有些例子没有main函数，有xxxxx函数，这句改为：break xxxxx
continue

3 使用 Eclipse 进行开发

Eclipse 是 gdb 的图行化前台，如果不想以命令行的方式使用 GDB，可以使用 Eclipse。

Eclipse 是 gdb(包括 arm-elf-gdb, arm-linux-gdb)的图形化前台，使用 Eclipse 进行调试实质上是使用 gdb 进行调试。

使用 gdb 进行调试时，gdb 会用到程序的链接地址。比如在 main 函数打断点，gdb 会根据 main 函数的链接地址找到内存上对应的指令，修改这条指令为一条特殊的指令。当程序执行到这条特殊的指令时，就会停止下来。

所以，使用 gdb 调试时，程序应该位于它的链接地址上。这也是下面调试 u-boot 时，要先初始化 SDRAM 或 DDR，然后把 u-boot 下载到 0x33f80000(S3C2410/S3C2440)或0x57e00000(S3C6410)再调试的原因。

如果要调试的程序的链接地址在片内 RAM 上，就不需要初始化 SDRAM 或 DDR 了。

1 启动 Eclipse，进行简单设置

在 Eclipse 的安装目录 C:\Program Files\eclipse 下，双击 启动 Eclipse，等待一会，可以看到如图 2.38 所示界面。在里面设置工作目录为 E:\eclipse_projects，并选择“Use this as the default and do not ask again”，表示使用 E:\eclipse_projects 作为缺省目录，并不再提示。

在图 2.38 中，点击 OK 后，得到如图 2.39 所示界面。

图 2.39 中右边的图标名为“Workbench”，点击它，得到图 2.40 所示界面。

2 新建一个 Eclipse 工程

• (1) 创建工程：
  在图 2.40 的界面中，选择菜单项“File -> New -> C Project”，如图 2.41 所示。

在随后出现的窗口中(如图 2.42 所示)，指定工程名字、选择“Makefile project->EmptyProjects”、“Other Toolchain”，然后点击“Finish”按钮。

• (2) 添加文件：

在创建 leds 工程时，如果 E:\eclipse_projects\leds 目录下已经有源文件，则这些文件会被自动加入工程中。如果 E:\eclipse_projects\leds 目录是空的话，要添加新文件时，可以使用以下方法导入文件。

下面先在 E:\eclipse_projects 下建立一个测试文件 test_file_to_add.txt，然后以它为例介绍怎么添加文件到工程里。

选择菜单项“File -> Import…”，然后选择“File System”作为文件来源，如图 2.33 所示。

点击“Next”，打开“Import”对话框，在里面指定源目录“From directory”、选择要导入的文件、指定目的目录“Into folder”。如图 2.44，点击“Finish”按钮即可添加文件。

至此，新的 Eclipse 工程建立完毕，如图 2.45 所示。双击左边的文件名，即可打开进行编辑。

• 3 编译、清除程序

注意：很多程序无法在 windows 下编译，比如 u-boot、linux 内核，它们只能在 Linux 下编译，然后把可执行程序拿到 windows 下来调试。对于这些程序，本小节的内容就用不上。

Eclipse 工程建立好后，在“Project”菜单里，点击去掉“Build Automatically”前面的标记，表示不自动编译工程，如图 2.46 所示

现在可以使用按钮来编译、清除程序了。点击菜单“Project -> Build Project”开始编译程序，如图 2.47 所示；编译过程见图 2.48。

编译的效果与在命令行执行“make all”命令完全一样。

清除程序的方法是，选择菜单“Project -> Clean…”(如图 2.49)，即可弹出一个对话框(如图 2.50)。

在图 2.50 中，不要选择“Start a build immediately”，然后点击“OK”即可清除程序。

4 使用 Eclipse 调试 Linux 内核

注意： OpenJTAG 的光盘里并没有附带 Linux 内核，要调试内核，需要在你的开发板光盘上取得源码，并编译出 vmlinux、uImage。

Eclipse 是 gdb(包括 arm-elf-gdb, arm-linux-gdb)的图形化前台，使用 Eclipse 进行调试实质上是使用 gdb 进行调试。

使用 gdb 进行调试时，gdb 会用到程序的链接地址。比如在 main 函数打断点，gdb 会根据 main 函数的链接地址找到内存上对应的指令，修改这条指令为一条特殊的指令。当程序执行到这条特殊的指令时，就会停止下来。

所以，使用 gdb 调试时，程序应该位于它的链接地址上。这也是前面调试 u-boot 时，要先初始化 SDRAM 或 DDR，然后把 u-boot 下载到 0x33f80000(S3C2410/S3C2440)或0x57e00000(S3C6410)的原因。

在 Eclipse 下调试 Linux 内核，与调试 u-boot 的方法几乎一样。差别在于 Linux 的链接地址一般是虚拟地址，比如S3C2410/S3C2440 的内核的链接地址是 0xC0008000，而这个地址在启动 MMU 之前是不对应实际内存的。

所以，在启动 MMU 之前，不能使用 gdb 进行调试。要先使用 openocd 本身的命令让它执行到 MMU 启动完毕；启动了 MMU 之后，就可以使用 gdb 进行调试了。

MMU 何时启动完毕？这需要看 Linux 的源代码。对于 ARM 架构的内核，一般是执行到arch/arm/kernel/head.S 里的以下红色的代码时，就表示 MMU 已经启动了。

__turn_mmu_on: 
	mov r0, r0 
	mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 @ write control reg 
	mrc p15, 0, r3, c0, c0, 0 @ read id reg 
	mov r3, r3 
	mov r3, r3 
	mov pc, r13

要用 eclipse 调试内核，分为这 4 步：

• ① 先使用 u-boot 把内核读到内存里去：从 Flash 上读或通过网络下载都可以。
• ② 在 openocd 的 telnet 界面使用“硬件断点”在“__turn_mmu_on”对应的物理内存上打断点。
• ③ 启动内核，当内核停在“__turn_mmu_on”后，继续执行若干次“step”命令，看到 MMU启动后，删除步骤②设置的硬件断点。
• ④ 使用 eclipse 来进行源码级的调试

补充知识：ARM 架构的处理器只有两个硬件断点(breakpoint/watchpoint)，软件断点是使用一个硬件断点来模拟的，可以实现无数个软件断点。

ARM 的两个硬件断点，可以设置为监测地址信号、监测数据信号。换句话说就是可以设置为这两种情况：

• a. 当 CPU 发出的地址信号等于某个值时，停止；
• b. 当 CPU 发出的数字信号等于某个值时，停止。

硬件断点就是设置为第一种情况，使用硬件断点的话，在程序里最多只能设置两个断点(两个地址)。

软件断点就是设置为第二种情况，使用时一般是把程序里要打断点的指令取出保存，然后替换为某个特定的数据，当 CPU 执行到那条指令时，在取指过程中数据信号上出现了这个数据，CPU 就会停止；

当继续执行时，会先执行之前保存下来的指令。调试程序时，可以打上无数个软件断点。

硬件断点的好处是不会修改程序，只要程序执行到某个地址，就会停下来。

软件断点会“保存、修改、恢复执行”断点的指令，这也意味着打断点时，程序必须已经位于它的加载地址上。

而我们执行第①步时，内核放在哪里是很随意的。为避免麻烦，第②步使用“硬件断点”。

下面以调试 S3C2440 的内核为例进行演示。

• ① 在 u-boot 操作界面，下载内核到内存(下面的命令使用 tftp 命令下载内核，供参考)：

OpenJTAG> set ipaddr 192.168.1.17
OpenJTAG> set serverip 192.168.1.5
OpenJTAG> tftp 32000000 uImage
ERROR: resetting DM9000 -> not responding 
dm9000 i/o: 0x20000000, id: 0x90000a46 
DM9000: running in 16 bit mode 
MAC: 08:00:3e:26:0a:5b 
could not establish link 
TFTP from server 192.168.1.5; our IP address is 192.168.1.17 
Filename 'uImage'.
Load address: 0x32000000 
Loading: ################################################################# 
 ################################################################# 
 ################################################################# 
 ################################################################# 
 ################################################################# 
 ##################################### 
done 
Bytes transferred = 1848720 (1c3590 hex)

• ② 在 openocd 的 telnet 操作界面，设置断点：
  看编译内核时得到的 System.map 文件，搜索“__turn_mmu_on”得到如下一行：

c0008060 t __turn_mmu_on

一开始还没有启动 MMU，对于 S3C2410/S3C2440，“c0008060”对应的物理地址为“0x30008060”。使用以下命令设置断点(必须设置硬件断点)：

halt # 先停止开发板 
bp 0x30008060 4 hw # 设置硬件断点 
resume # 继续运行

uImage 的开始有个自解压的程序，它把真正的内核解压出来放在 0x30008000 开始的内存，解压完后再跳到 0x30008000 去执行真正的内核。

自解压的程序从 0x30008000 开始执行，解压得到的内核也是从 0x30008000 运行。所以内核启动时，0x30008060 这个地址执行到两次。

• ③ 在 u-boot 里启动内核：

执行以下命令：

bootm 32000000

开发板会立刻在 0x30008060 处停止运行，当前运行的是内核的自解压程序，在 openocd的 telnet 操作界面以下命令让开发板继续执行：

resume

然后开发板会再次在 0x30008060 处停止运行，当前运行的是真正的、解压后的内核，在openocd 的 telnet 操作界面执行两次“step”命令，即可看到以下字样：

MMU: enabled, D-Cache: enabled, I-Cache: enabled

然后就可以在 telnet 操作界面里删除断点了，执行“rbp 0x30008060”即可。
所有在 openocd 的 telnet 操作界面执行的命令如图 2.80 所示，注意与 u-boot 的配合。

• ④ 在 eclipse 里继续调试内核：
  在 eclipse 里的设置与调试 u-boot 时是差不多的了，如图 2.81～2.84 所示。有两点小差别：
• a. 图 2.82 里没有使用 s3c2440_gdb.init。这个文件的作用是让 gdb 连接到 openocd，并且初始化内存。执行到本步骤，u-boot 早已经初始化内存，并且早把内核加载到内存里了，所以不
  要再次初始化内存。
• b. 图 2.83 里的命令如下，第一条命令是让 gdb 连接到 openocd：

target remote 127.0.0.1:3333 # 图2.82里没用s3c2440_gdb.init,所以要在命令里指定gdb的目标 
set substitute-path /work/projects/jz2440/linux-2.6.22.6 E:/eclipse_projects/linux-2.6.22.6_jz2440 # 内核的编译路径、当前路径 
break start_kernel # 不要使用load命令再次加载，因为内核已经在内存里了，直接打断点
c # 继续运行

注意：u-boot 里用 uImage，这里用 vmlinux。

参考资料：

《Eclipse,OpenOCD,OpenJTAG教程》