嵌入式Linux内核调试技术

近年处理器技术发展速度加快，嵌入式领域发生了翻天覆地的变化。特别是网络的普及，消费电子异军突起，嵌入式与互联网成为最热门的技术。在所有操作系统中，Linux是发展很快、应用很广泛的一种操作系统。Linux的开放性以及其他优秀特性使其成为嵌入式系统开发的首选。

嵌入式系统开发所面临的问题

嵌入式软件开发有别于桌面软件系统开发的一个显著的特点是，一般需要一个交叉编译和调试环境，即编辑和编译软件在主机上进行，编译好的软件需要下载到目标机上运行 ，主机和目标机之间建立起通讯连接，并传输调试命令和数据。由于主机和目标机往往运行着不同的操作系统，而且处理器的体系结构也彼此不同，这就提高了嵌入式开发的复杂性。

总的来说，嵌入式开发所面临的问题主要表现在以下几个方面。

涉及多种CPU 及多种OS

嵌入式的CPU或处理器包括MIPS、PPC、ARM，XScale等不同的架构，这些处理器上运行的操作系统也有VxWorks、Linux、μC/OS、WinCE等多种。在一个企业之内，可能会同时使用好几种处理器，甚至几种嵌入式操作系统。如果需要同时调试多种类型的电路板，那复杂性是可想而知的。这也是我们选用瑞士Abatron公司的BDI2000的原因之一，它是一款功能强大的JTAG/BDM通用仿真器。它支持：PPC/MIPS/ARM/XSCALE/ CPU12/CPU32/M-CORE/ColdFire等多种处理器，支持Windows/Linux系统平台，以及多种第三方调试器，并且对Flash的烧写也很简单方便。

开发工具种类繁多

通常各种操作系统有各自的开发工具，在同一系统下开发的不同阶段也会应用不同的开发工具。如在用户的目标板开发初期，需要硬件仿真器来调试硬件系统和基本的引导程序，然后进行操作系统及驱动程序的开发调试。在调试应用程序阶段可以使用交互式的开发环境进行软件调试，在测试阶段需要一些专门的测试工具软件进行功能和性能的测试。在生产阶段需要固化程序及出厂检测等等。BDI2000可以适应开发的各个阶段，节约企业的支出和简化管理难度。

对目标系统的观察和控制

由于嵌入式硬件系统千差万别，软件模块和系统资源也多种多样，要使系统能正常工作，软件开发者必须要对目标系统具有完全的观察和控制能力，例如硬件的各种寄存器、内存空间、操作系统的信号量、消息队列、任务、堆栈等。

此外，嵌入式系统变化更新比较快，对开发时间要求比较紧，需要一套功能强大的嵌入式软件集成开发工具，用于嵌入式软件开发的各个阶段。美国 Ultimate Solution公司的LinuxScope-JTD调试器是一个很好的选择，它专门用于配合BDI2000仿真器，特点是基于Eclipse的集成开发环境和插件技术；提供脚本定制功能实现目标机的特殊操作；提供Linux内核调试功能，容易修改和观察硬件寄存器；增强的MI接口可识别硬件断点及模块跟踪；具有标准调试特性；支持Linux应用程序的开发；以及Windows/Linux系统平台。

嵌入式Linux内核的调试

编译内核

本文所调试的是MontaVista Linux，硬件是Intel Xscale PXA250。它拥有超过两千多用户和众多的MontaVista Linux产品在市场上销售，覆盖从智能手机、高清电视、机器人、无线网络设备到3G电信服务器等各种嵌入式应用。MontaVista Linux本身就是用BDI2000来开发调试的。

进入内核源码目录下，即可配置完成相关选项并准备编译。配置时不要选中KGDB(软件基内核调试)，否则会和BDI2000冲突。为了调试内核，需要在编译时加入调试信息，否则将无法看到源代码。修改内核源码根目录下的Makefile，在CFLAGS宏定义的末尾添加"–ggdb"选项，保存退出。这里加上gdb是为了更好的使代码适合gdb调试器，另外注意Makefile中的优化设置，有些时候优化会调整代码执行的顺序，在内核的调试阶段，不要加入优化选项。

内核调试

首先，配置BDI2000，确保目标机的正常初始化。通常来说，到了调试内核的阶段，电路板的boot程序应该是正常的，可以利用boot来完成目标机的初始化；另一种方式是通过BDI的配置文件来完成。

接下来就是下载代码进行调试。如果代码已经固化，那仅下载调试信息给仿真器即可；否则需要把代码下载到RAM里运行，同时下载调试信息给仿真器。本文所用的是后一种方式。

由于Linux运行之后会启动MMU而使地址重映射，因此第一个断点通常在函数start_kernel( )，而且只能设置为硬断点。硬件断点是非常有限的，有的处理器甚至只能设置一个。所以，在调试Linux内核时，使用普通的GDB进行断点设置会非常不方便。LinuxScope可以很方便的切换断点模式，并支持软断点，使断点的设置不再受到限制，为调试Linux内核提供强有力的支持。具体步骤如下：

1) BDI配置文件的断点模式：soft
2) LinuxScope配置默认的断点模式：soft /hard 都可以
3) 用BDI下载压缩的内核：load 0x20000 zImage bin
4) 把PC指针指到内核入口地址：ti 0x30000
5) 运行LinuxScope，在start_kernel处设置硬件断点
6) go，停下来后再设置软断点即可