在QEMU中调试ARM程序

在QEMU中调试ARM程序

内核调试 2010-09-27 11:22:12 阅读19 评论0   字号：大中小 

最近我想调试一个运行在模拟ARM系统中的Linux程序。我碰到过一些麻烦，因此我会将我的工作过程写在这里。我想用gdbserver来在QEMU中运行一个程序，然后用TCP链接将其连接到运行在我PC上的GDB实例。gdbserver是一个软件层，它实现了的一部分功能（调试残桩），并提供了通过网络（或者串口）连接一个完整的GDB实例的可能性。我想说明的这些都可以通过下面这张图来表示。

使用QEMU内嵌的gdbserver

蓝颜色的部分表示用来运行在我的 PC（32位x86）上的软件，而绿色的部分则表示运行在ARM上的软件。qemu-system-arm是一个模拟VersatilePB平台的软件；我尝试过运行可以通过Ubuntu仓库里安装的那个版本（这个软件包叫qemu-kvm-extras），但它必须和最新的Linux版本（2.6.35）一起。因此我打算编译并使用QEMU的上流版本。GDB的server和“client”都来自于，也就是用于交叉编译ARM软件的编译器。在本例中我想要调试的程序是，这个程序除了打印“Hello World”外没有做多少工作，不过这是一个用GNU Autotools进行交叉编译的好例子。

先决条件

为了接下来的流程，我首先安装了:

用于ARM的CodeSourcery GNU/Linux工具链
用于编译QEMU的本地x86工具链(Ubuntu的build-essentials软件包)
作为调试器图形界面的DDD
用于创建Linux文件系统镜像的cpio工具
libncurses5-dev软件包，用于运行Linux内核和Busybox的菜单式配置
用于编译QEMU的libsdl-dev和zlib1g-dev

1	$ sudo apt-get install build-essential ddd cpio libncurses5-dev libsdl-dev zlib1g-dev

2

$ wget

3	$ chmod +x arm-2010q1-202-arm-none-linux-gnueabi.bin

4	$ ./arm-2010q1-202-arm-none-linux-gnueabi.bin

我将工具链安装在默认的“~/CodeSourcery”目录下。而这种情况下gdbserver的可执行文件可以在路径“/home/francesco/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/libc/usr/bin/gdbserver”下找到。

注意以后的过程都会在一个专用的文件夹下运行，并且从此以后不在需要root的访问权限。整个过程到结束大概需要使用1Gigabyte的硬盘空间。

Linux内核

首先，我从中获取了最新的内核版本。

1

$ wget

2	$ tar xjf linux-2.6.35.tar.bz2

3	$ cd linux-2.6.35/

4	$ make ARCH=arm versatile_defconfig

5	$ make ARCH=arm menuconfig

当菜单出现时，我来到“Kernel Features”节并打开EABI支持；然后退出 (保存配置) 并编译:

1	$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- all

2

$ cd ..

结果是得到一个压缩的内核镜像文件“./linux-2.6.35/arch/arm/boot/zImage”。

Busybox

接下来，我下载了最新版的；在中我使用了静态编译，但这一次我不会，因为gdbserver（我计划就是要用它）无论如何都需要共享库。

1

$ wget

2	$ tar xjf busybox-1.17.1.tar.bz2

3	$ cd busybox-1.17.1

4	$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- defconfig

5	$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- install

6

$ cd ..

结果是得到文件夹“busybox-1.17.1/_install”，包括了一个最小的不包含共享库的根文件系统。

QEMU

我重新从源码编译了QEMU，只包含我需要的模拟ARM系统的二进制文件。

1	$ wget tar .gz

2	$ tar xzf qemu-0.12.5. tar .gz

3	$ cd qemu-0.12.5

4	$ ./configure -- enable -sdl --disable-kvm -- enable -debug --target-list=arm-softmmu

5

$ ./ make

6

$ cd ..

相应的结果是程序“./qemu-0.12.5/arm-softmmu/qemu-system-arm”，会被用来模拟VersatilePB平台。

GNU Hello

这个软件包需要配置成使用交叉编译；不过这其实很容易做；它只需要一个交叉编译器的前缀。

1	$ wget ftp .gnu.org/gnu/hello/hello-2.6. tar .gz

2	$ tar xzf hello-2.6. tar .gz

3	$ cd hello-2.6

4	$ ./configure --host=arm-none-linux-gnueabi

5

$ make

6

$ cd ..

结果就是一个ARM架构的可执行文件“hello-2.6/src/hello”。

完成文件系统构建

所有涉及到的ARM二进制文件 (busybox, gdbserver, hello) 都需要共享库。Codesourcery工具链在安装目录的一个子文件夹下提供了这些库。在我这种情况下就是“/home/francesco/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib/”。为了探索哪些库是必需的我使用CodeSourcery工具链所分发的readelf工具。具体说来，我运行了：

01	$ arm-none-linux-gnueabi-readelf hello-2.6/src/hello -a |grep lib

02	[Requesting program interpreter: /lib/ld-linux.so.3]

03	0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libgcc_s.so.1]

04	0x00000001 (NEEDED)                     Shared library: [libc.so.6]

05	00010694  00000216 R_ARM_JUMP_SLOT   0000835c   __libc_start_main

06	2: 0000835c     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __libc_start_main@GLIBC_2.4 (2)

07	89: 0000844c     4 FUNC    GLOBAL DEFAULT   12 __libc_csu_fini

08	91: 0000835c     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __libc_start_main@@GLIBC_

09	101: 00008450   204 FUNC    GLOBAL DEFAULT   12 __libc_csu_init

10	000000: Version: 1  File: libgcc_s.so.1  Cnt: 1

11	0x0020: Version: 1  File: libc.so.6  Cnt: 1

Hello这个二进制文件需要三个共享库: “ld-linux.so.3″, “libgcc_s.so.1″ 和 “libc.so.6″。我对所有的3个二进制文件都执行了这个命令，并且将所需的库和gdbserver、hello等可执行文件拷贝到Busybox的文件系统里面。

01	$ cd busybox-1.17.1/_install

02	$ mkdir -p lib

03	$ cp /home/francesco/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib/ld-linux.so.3 lib/

04	$ cp /home/francesco/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib/libgcc_s.so.1 lib/

05	$ cp /home/francesco/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib/libm.so.6 lib/

06	$ cp /home/francesco/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib/libc.so.6 lib/

07	$ cp /home/francesco/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib/libdl.so.2 lib/

08	$ cp /home/francesco/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/libc/usr/bin/gdbserver usr/bin/

09	$ cp ../../hello-2.6/src/hello usr/bin/

10	$ cd ../../

在我的实验中我需要ARM客户机系统那边有一个可用的网络，因此我准备了一个初始化脚本来开启它。该脚本从扩展而来，下面是我用的脚本“rcS”的内容：

1

#!/bin/sh

2	mount -t proc none /proc

3	mount -t sysfs none /sys

4	/sbin/mdev -s

5	ifconfig lo up

6	ifconfig eth0 10.0.2.15 netmask 255.255.255.0

7	route add default gw 10.0.2.1

然后，我将rcS拷贝到Busybox文件系统的“etc/init.d”目录里面并创建压缩的文件系统镜像：

1	$ cd busybox-1.17.1/_install

2	$ mkdir -p proc sys dev etc etc/init.d

3	$ cp ../../rcS etc/init.d

4	$ chmod +x etc/init.d/rcS

5	$ find . | cpio -o -- format =newc | gzip > ../../rootfs.img.gz

6	$ cd ../../

运行与调试

现在我已经将所有东西准备好:

一个压缩的内核镜像
QEMU
一个压缩的文件系统镜像，包括:
Busybox
rcS初始化脚本
为ARM编译的GNU Hello二进制文件
用于ARM的gdbserver
所需的共享库

运行该平台的命令行是:

1	$ ./qemu-0.12.5/arm-softmmu/qemu-system-arm -M versatilepb -m 128M -kernel ./linux-2.6.35/arch/arm/boot/zImage -initrd ./rootfs.img.gz -append "root=/dev/ram rdinit=/sbin/init" -redir tcp:1234::1234

这里“redir”选项会将我Ubuntu PC的端口1234上的所有TCP通信重定向到ARM客户机系统的1234端口上。系统将会启动，然后会打开一个root权限的控制台。在bash提示符下，我运行调试服务器：

1	# gdbserver --multi 10.0.2.15:1234

该命令会启动一个服务器并等待1234端口上的GDB连接。在PC上我可以打开调试器：

1	$ ddd --debugger arm-none-linux-gnueabi-gdb

也可以单独运行arm-none-linux-gnueabi-gdb命令或者连接到另外一个前端。要调试远端的程序，我需要告诉GDB使用ARM的共享库而不是本地库（那些用于32位x86的）；否则执行的时候调试器会抱怨说库不匹配。

1	set solib-absolute-prefix nonexistantpath

2	set solib-search-path /home/francesco/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib/

3	file ./hello-2.6/src/hello

4	target extended-remote localhost:1234

5	set remote exec-file /usr/bin/hello

6	break main

7

run

到这里后，调试过程就跟平常一样了。

 

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