linux驱动调试--段错误之oops信息分析

发生段错误原因就是访问了不该访问的地址，例如访问了不存在的内存地址、访问了系统保护的内存地址、访问了只读的内存地址等。
下面根据Oops信息来分析一下段错误

first_drv.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/delay.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/device.h>

static struct class *segment_class;
static struct device *segment_class_dev;
unsigned char *c = NULL;
int major;

static int segment_test_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    *c = 0x34;
    //printk("segment_test_open success!\n");
    return 0;
}

static struct file_operations segment_test_fops = {
    .owner = THIS_MODULE, /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
    .open = segment_test_open,
};

static int segment_drv_init(void)
{
    major = register_chrdev(0, "segment_test", &segment_test_fops); // 注册, 告诉内核
    segment_class = class_create(THIS_MODULE, "segment_test");
    segment_class_dev = device_create(segment_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "segment");

    c = (unsigned char *)0x48000000;

    printk("segment_drv_init success!\n");

    return 0;
}

static void segment_drv_exit(void)
{
    device_destroy(segment_class, MKDEV(major,0));
    class_destroy(segment_class);

    unregister_chrdev(major, "segment_test");
}

module_init(segment_drv_init);
module_exit(segment_drv_exit);


MODULE_LICENSE("GPL");

firstdrvtest.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd;
    int val = 1;
    fd = open("/dev/segment", O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        printf("can't open!\n");
        return -1;
    }

    close(fd);

    return 0;
}

# insmod first_drv.ko
# ./firstdrvtest
Unable to handle kernel paging request at virtual address 48000000     // 内核使用48000000来访问时发生了错误
pgd = c3b4c000
[48000000] *pgd=00000000
Internal error: Oops: 805 [#1]
Modules linked in: first_drv rt5370sta zd1211rw mac80211
CPU: 0    Not tainted  (2.6.30.4-EmbedSky #1)
PC is at segment_test_open+0x1c/0x28 [first_drv]                       // PC值
LR is at chrdev_open+0xcc/0x170
pc : []    lr : []    psr: a0000013                // 发生错误时各寄存器的值（下面五行）
sp : c3a61e30  ip : c3a61e40  fp : c3a61e3c
r10: c394bc80  r9 : 00000002  r8 : c34b7600
r7 : c3b46100  r6 : c3ab84b0  r5 : c3a62180  r4 : 00000000
r3 : 00000034  r2 : 48000000  r1 : c3b46100  r0 : 00000000
Flags: NzCv  IRQs on  FIQs on  Mode SVC_32  ISA ARM  Segment user
Control: c000717f  Table: 33b4c000  DAC: 00000015
Process firstdrvtest (pid: 637, stack limit = 0xc3a60268)              // 发生错误时当前进程的名称是firstdrvtest
Stack: (0xc3a61e30 to 0xc3a62000)                                                 // 栈
1e20:                                     c3a61e64 c3a61e40 c00a8580 bf0d7010 
1e40: c00adba8 00000000 00000000 c3b46100 c3ab84b0 c00a84b4 c3a61e8c c3a61e68 
1e60: c00a3a7c c00a84c4 c3b46100 c2c0ae40 00000003 c3af0000 00000026 c3a61ed8 
1e80: c3a61eac c3a61e90 c00a3d14 c00a39bc 00000000 c2c0ae40 00000000 00000000 
1ea0: c3a61f64 c3a61eb0 c00b0c80 c00a3cc0 c3a61f7c c3a61ec0 c004b714 c006f8b8 
1ec0: c3a61efc beb5ad9c 00000000 00000000 c3a63000 c048070c c394bc80 c34b7600 
1ee0: c048077c c3a61fb0 00000000 00000101 00000001 00000000 c00441e0 c004b548 
1f00: 08100875 c39568a0 c3a7ec00 0000001c 00000000 00001000 00000003 00000003 
1f20: 00000000 c3b46100 00000000 c3a60000 c3a61f64 c3a61f40 c00b99b8 00000003 
1f40: c3af0000 00000002 beb5ad9c ffffff9c c3a60000 00000000 c3a61f94 c3a61f68 
1f60: c00a38d8 c00b0aa0 00000000 40025000 c3a61f9c 0000850c 00000000 000083e0 
1f80: 00000005 c0045008 c3a61fa4 c3a61f98 c00a3988 c00a3878 00000000 c3a61fa8 
1fa0: c0044e60 c00a3974 0000850c 00000000 00008590 00000002 beb5ad9c 00000001 
1fc0: 0000850c 00000000 000083e0 00000005 00000000 00000000 40025000 beb5ac44 
1fe0: 00000000 beb5ac28 000084b8 400efd9c 60000010 00008590 00000000 00000000 
Backtrace:                                                                          // 回溯信息
[] (segment_test_open+0x0/0x28 [first_drv]) from [] (chrdev_open+0xcc/0x170)
[] (chrdev_open+0x0/0x170) from [] (__dentry_open+0xd0/0x270)
 r7:c00a84b4 r6:c3ab84b0 r5:c3b46100 r4:00000000
[] (__dentry_open+0x0/0x270) from [] (nameidata_to_filp+0x64/0x6c)
[] (nameidata_to_filp+0x0/0x6c) from [] (do_filp_open+0x1f0/0x7e8)
 r5:00000000 r4:00000000
[] (do_filp_open+0x0/0x7e8) from [] (do_sys_open+0x70/0xe8)
[] (do_sys_open+0x0/0xe8) from [] (sys_open+0x24/0x28)
 r8:c0045008 r7:00000005 r6:000083e0 r5:00000000 r4:0000850c
[] (sys_open+0x0/0x28) from [] (ret_fast_syscall+0x0/0x2c)
Code: e59f3010 e3a00000 e5932000 e3a03034 (e5c23000) 
---[ end trace d31b8aee70b25c9c ]---
Segmentation fault

上面的这些调试信息包含了很多内容，我们可以根据其中的一部分就可以定位出问题，下面逐一介绍一下。


一、直接确定发生错误的函数
看到这句 “PC is at segment_test_open+0x1c/0x28 [first_drv]”，出现错误时我们最关注的就是PC值，因为它就是发生错误
的指令的地址，这里我们可以看到错误发生在函数 segment_test_open 的0x1c处，0x28代表这个函数的总长度（汇编代码）


二、根据PC值确定发生错误的函数

有时候不会直接告诉你发生在哪个函数，而是只把PC值告诉你：
pc : []
这时你要根据PC值自己找到发生错误的地方，怎么找呢？

现在我们知道发生错误时 PC = 0xbf0d701c，我们首先要确定发生的错误位置是在内核中还是在外面的模块里，
然后根据PC值找出发生的函数及指令。怎么确定？

1. 进入到我们内核源码的根目录下，找到System.map，这个文件指示了所有的内核函数的地址范围，
我们可以观察，发生错误时PC值是不是在这个文件的地址范围内，例如我的这个文件的地址范围是：
c0004000 A swapper_pg_dir  ~~~  c04ec044 B _end

如果不属于System.map里的范围，则它属于insmod加载的驱动程序，这里可以看到bf0d701c属于模块地址

2.知道错误在模块里了，那么怎么确定是哪一个驱动程序？

在开发板上查看：
# cat /proc/kallsyms    // 内核函数、加载的函数的地址，t是静态函数，T是全局函数

从这些信息里找到一个与PC值相近的地址
比如找到了：
00000000 a first_drv.c  [first_drv]                       
bf0d7000 t $a   [first_drv]                       
bf0d7000 t segment_test_open    [first_drv]       
bf0d7024 t $d   [first_drv]                       
bf0d7028 t $a   [first_drv]                       
bf0d7028 t segment_drv_exit     [first_drv]     

这里可以看出来，PC=bf0d701c 是属于segment_test_open函数

其实，我们只通过“cat /proc/kallsyms”就可以知道是哪个函数发生了错误，步骤1只是让我们知道这个函数是属于内核的还是模块的


三、通过回溯信息确定发生错误的函数

Backtrace: 
[] (segment_test_open+0x0/0x28 [first_drv]) from [] (chrdev_open+0xcc/0x170)
省略好几行

这部分是回溯信息，从最后调用的发生错误的函数层层打印出函数的调用关系，上一行的函数被下一行的调用。
注意：在配置内核时，需要选择 FRAME_POINTER = y 才会有回溯信息，如果没有，可以根据栈信息分析


四、定位发生错误的代码（需要汇编阅读能力）

上面几种方法都只定位了发生错误的函数，怎么定位到是哪一句代码发生了错误呢？

1. 如果发生的错误函数是属于模块的，如我们的这个实例
segment_test_open+0x1c/0x28
这里的0x1c是指汇编代码的地址，所以我们要把这个模块反汇编，然后定位。

# arm-none-linux-gnueabi-objdump -D first_drv.ko > first_drv.dis
打开first_drv.dis有下面这一段：

00000000 :
   0:   e1a0c00d        mov     ip, sp
   4:   e92dd800        push    {fp, ip, lr, pc}
   8:   e24cb004        sub     fp, ip, #4      ; 0x4
   c:   e59f3010        ldr     r3, [pc, #16]   ; 24
  10:   e3a00000        mov     r0, #0  ; 0x0
  14:   e5932000        ldr     r2, [r3]
  18:   e3a03034        mov     r3, #52 ; 0x34
  1c:   e5c23000        strb    r3, [r2]
  20:   e89da800        ldm     sp, {fp, sp, pc}
  24:   00000000        .word   0x00000000

这里代码的实际地址都要加上偏移地址 bf0d7000，发生错误的那句代码是：
1c:   e5c23000        strb    r3, [r2]
根据我们的C语言代码可以看出这里是把0x34赋给变量时产生错误，产生错误的原因是加载模块初始化时赋给的一个地址非法：
c = (unsigned char *)0x48000000;

我们这里的程序比较短，可以一眼看出来，如果代码很长，就可以根据发生错误的位置，大概确定代码的位置，
然后再去看代码和汇编，这里要求比较高的汇编阅读能力

2. 如果发生的错误函数是属于内核的

这个时候和发生在模块里类似，不过这里要反汇编整个内核：
# arm-none-linux-gnueabi-objdump -D vmlinux > vmlinux.dis
打开vmlinux.dis，然后直接查找地址bf0d7000，接下来像上面一样分析代码

关于上面的打印信息，还有栈那一段没有讲，放到下一篇博文说