内核调试技术

转载Rockie Cheng

最近在调试Linux内核，跟踪启动过程。发现在没有turn on mmu之前，可以使用物理地址，通过向串口Fifo丢数据的方式输出调试信息。但是代码一旦运行到开启mmu，在汇编阶段，mmu只做了物理内存的映射，并没有映射io，所以就无法访问串口了。

此时应该通过串口输出的数据都保存在串口缓冲池里，直到在c语言阶段，建立io映射并初始化控制台后才进行输出。

但是，如果我想实时跟踪内核启动过程，应该如何才好？

这是就要提到Linux的Lowlevel Debug功能了。

这个选项位于：

Kernel hacking —>

[*] Kernel debugging

[*] Kernel low-level debugging functions

打开这个选项会在.config中增加CONFIG_DEBUG_LL宏定义

初步估计，影响的地方有以下几点：

（1）arch/arm/kernel/head.s的__create_page_tables部分

（2）arch/arc/mach-处理器/处理器.c中的宏定义部分

（3）kernel/prink.c

为了提供DEBUG_LL功能，还必须完善arch/arc/mach-处理器/include/mach/debug-macro.S

首先说说好处，为什幺打开Kernel low-level debugging functions 功能。

打开这个宏定义后，会在head.s函数的__create_page_tables建立一部分io映射，具体代码如下：

ifdef CONFIG_DEBUG_LL

ldr r7, [r10, #PROCINFO_IO_MMUFLAGS] @ io_mmuflags

/*

Map in IO space for serial debugging.

This allows debug messages to be output

via a serial console before paging_init.

*/

ldr r3, [r8, #MACHINFO_PGOFFIO]

add r0, r4, r3

rsb r3, r3, #0x4000 @ PTRS_PER_PGD*sizeof(long)

cmp r3, #0x0800 @ limit to 512MB

movhi r3, #0x0800

add r6, r0, r3

ldr r3, [r8, #MACHINFO_PHYSIO]

orr r3, r3, r7

1: str r3, [r0], #4

add r3, r3, #1 << 20

teq r0, r6

bne 1b

代码中也提到，映射io的作用是为了串口调试使用。

这段代码中使用的物理地址和虚拟地址从何而来？arch/arc/mach-处理器/处理器.c中的宏定义部分

比如以下处理器：

MACHINE_START(EASIC0718, “SEP0718 board”)

.phys_io = 0x10005000, //调试寄存器的基地址

.io_pg_offst = ((0xe005000) >> 18) & 0xfffc,//调试寄存器的虚拟地址

.boot_params = 0x30000100,

.fixup = fixup_gfd0718,

.map_io = sep0718_map_io,

.init_irq = sep0718_init_irq,

.init_machine = sep0718_init,

.timer = &sep0718_timer,

MACHINE_END

中间

.phys_io = 0x10005000,

.io_pg_offst = ((0xe005000) >> 18) & 0xfffc,

就是供__create_page_tables的 CONFIG_DEBUG_LL中做io映射使用

最后就是对printk.c的改动了，主要是多定义了void printascii(char *)可以直接输出。

printascii函数是在arm/kernel/debug.S中定义：

ENTRY(printascii)

addruart r3

b 2f

1: waituart r2, r3

senduart r1, r3

busyuart r2, r3

teq r1, #’\n’

moveq r1, #’\r’

beq 1b

2: teq r0, #0

ldrneb r1, [r0], #1

teqne r1, #0

bne 1b

mov pc, lr

其中waituart ，busyuart 等宏都是在linux/include/asm-arm/arch-sep0718/debug-macro.S中定义的。

完善了debug-macro.S后可以用printascii了。建立了内存映射后，哪里都可以用，无论汇编还是C，无论开mmu前还是开mmu后。代码会判断有没有开mmu的。

同时prink会在缓冲池保留一份数据，也同时调用printkasii直接输出，因此内核启动后会看到信息输出了两次。

最后贴上debug-macro.S，writed by leeming，注意其中的io地址和处理器架构相关，不能直接使用。

/* linux/include/asm-arm/arch-sep0718/debug-macro.S

*

Debugging macro include header

*

This program is free software; you can redistribute it and/or modify

it under the terms of the GNU General Public License version 2 as

published by the Free Software Foundation.

*

*/

include