LINUX下调试器gdb资料大全

1． 概论 我们将学习使用gdb来调试通过一个通过串行线同PC相连的嵌入式系统. Gdb可以调试各种程序，包括C、C++、JAVA、PASCAL、FORAN和一些其它的语言。包括 GNU所支持的所有微处理器的汇编语言。 在gdb的所有可圈可点的特性中，有一点值得注意，就是当运行gdb的平台（宿主机） 通过串行端口（或网络连接，或是其他别的方式）连接到目标板时（应用程序在板上运行 ），gdb 可以调试对应用程序进行调试。这个特性不光在将GNU工具移植到一个新的操作 系统或微处理器时侯很有用，对于那些使用GNU已经支持的芯片的嵌入式系统进行开发的 设计人员来讲，也是非常有用的。 当gdb被适当的集成到某个嵌入式系统中的时候，它的远程调试功能允许设计人员一 步一步的调试程序代码、设置断点、检验内存，并且同目标交换信息。Gdb同目标板交换 信息的能力相当强，胜过绝大多数的商业调试内核，甚至功能相当于某些低端仿真器。 2． Gdb在嵌入式领域的功能实现 当调试一个远端目标设备时，gdb依靠了一个调试stub来完成其功能。调试stub即是 嵌入式系统中一小段代码，它提供了运行gdb的宿主机和所调试的应用程序间的一个媒介。 Gdb和调试stub通过GDB串行协议进行通信。GDB串行协议是一种基于消息的ASCII码 协议，包含了诸如读写内存、查询寄存器、运行程序等命令。由于绝大多数嵌入式系统 设计人员为了最好的利用他们手中特定的硬件的特征，总是自己编写自己的stub。所以 我们有必要清楚的了解一下gdb的串行通信协议。在后面我们会详细介绍。 为了设置断点，gdb使用内存读写命令，来无损害地将原指令用一个TRAP命令或其它 类似的操作码（在此假定，被调试的应用程序是处在RAM中的，当然，如果stub有足够好 的性能，硬件也不错的话，这个条件也不是必须的）代替，使得执行该命令时，可以使 得控制权转移到调试stub手中去。在此时，调试stub的任务就是将当前场景传送给gdb （通过远程串行通信协议），然后从gdb处接收命令，该命令告诉了stub下一步该做什么。 为了说明，下面的代码是Hitachi SH-2处理器的一个TRAP异常处理程序： /*将当前寄存器的值存储到堆栈中*/ /* 然后调用gdb_exception. */ asm(" .global _gdb_exception_32 _gdb_exception_32: /* 将堆栈指针和r14压入堆栈*/ mov.l r15, @-r15 mov.l r14, @-r15 /*当执行一个陷阱异常时，sh2 自动的将pc 和sr 放入堆栈 */ /*所以我们必须调整我们给gdb的堆栈指针值，以此来说明这个特别的数据 */ /* 换言之，在该陷阱被执行前，gdb想看看堆栈指针的值，*/ /* 而不是陷阱被执行当前时的值。*/ /*所以，从我们刚压入堆栈的sp值中减去8*/ /*（pc和sr都是4个字节的 ）*/ mov.l @(4,r15), r14 add #8, r14 mov.l r14, @(4,r15) /*将其它寄存器值压入堆栈 */ mov.l r13, @-r15 mov.l r12, @-r15 mov.l r11, @-r15 mov.l r10, @-r15 mov.l r9, @-r15 mov.l r8, @-r15 mov.l r7, @-r15 mov.l r6, @-r15 mov.l r5, @-r15 mov.l r4, @-r15 mov.l r3, @-r15 mov.l r2, @-r15 mov.l r1, @-r15 mov.l r0, @-r15 sts.l macl, @-r15 sts.l mach, @-r15 stc vbr, r7 stc gbr, r6 sts pr, r5 /* 调用gdb_exception, 令其异常值=32 */ mov.l _gdb_exception_target, r1 jmp @r1 mov #32, r4 .align 2 _gdb_exception_target: .long _gdb_exception "); /* 下面是一个从调试stub返回对某个应用程序的控制的样例（针对Hitachi SH2）*/ /*如果用C语言写，那么该语句的原型为：*/ /* void gdb_return_from_exception( gdb_sh2_registers_T registers );*/ /* 总而言之，我们可以用同gdb_exception_nn把寄存器压入堆栈同样的方式*/ /* 将其从堆栈中弹出。然而，通常返回指针同我们的返回堆栈指针不一样。*/ /*所以如果我们在拷贝pc和sr到返回指针之前将r15弹出的话，我们就回*/ 丢失掉pc和sr。 */ asm(" .global _gdb_return_from_exception _gdb_return_from_exception: /*恢复某些寄存器*/ lds r4, pr ldc r5, gbr ldc r6, vbr lds r7, mach lds.l @r15+, macl mov.l @r15+, r0 mov.l @r15+, r1 mov.l @r15+, r2 mov.l @r15+, r3 mov.l @r15+, r4 mov.l @r15+, r5 mov.l @r15+, r6 mov.l @r15+, r7 mov.l @r15+, r8 mov.l @r15+, r9 mov.l @r15+, r10 mov.l @r15+, r11 mov.l @r15+, r12 /* 将pc和 sr弹出到应用程序的堆栈*/ mov.l @(8,r15), r14 mov.l @(16,r15), r13 mov.l r13, @-r14 mov.l @(12,r15), r13 mov.l r13, @-r14 /* 完成恢复寄存器的工作*/ mov.l @r15+, r13 mov.l @r15+, r14 mov.l @r15, r15 /*调整应用程序的堆栈，来说明pc, sr */ add #-8, r15 /* ...返回到应用程序*/ rte nop "); 当处理器遇到了一个TRAP指令（该指令是由gdb 设置的，做断点用）时，该指令使 得处理器的当前场景转向一个名为gdb_exception()的函数。最终，目标调用了 gdb_return_from_exception()函数，该函数恢复了处理器的场景并将控制权交给应用 程序。 远程串行协议的步进命令稍微更有挑战性些，特别当目标处理器不提供一个“跟踪 位”或类似的功能时。在这些情况下，唯一的替代办法就是让stub把将要执行的指令反汇 编。这样它就会知道程序下一步要执行到何处。 幸运的是，在gdb的源代码中也提供了关于如何一些实现这些步近命令的建议。对于 Hitachi SH-2芯片而言，在gdb/sh-stub.c文件中说明了函数doSStep()的使用，对于其它 种类的芯片，函数的名字也差不多，请看文件gdb/i386-stub.c和gdb/m68k-stub.c 3．gdb的其它功能 Gdb还可以求解在控制台中输入的任意的C表达式的值，包括包含有对远端目标的 函数功能调用的表达式。我们可以输入如下命令： print foo( sh_sci[current_sci]->smr.brg ) gdb就会将mr.brg的值传送给foo()，并报告其返回值。 当然，gdb也可以反汇编代码。只要可能的话，它还可以很好的为所需的数据提 供等价的符号信息。例如，gdb用下列输出： jmp 0x401010 告诉了我们，所显示的地址与从函数main()的起始地址起偏移80个字节的地址相等。 Gdb 可以显示其自身和所调试的目标间的远程串行调试信息，也可以将该信息记录 到日志文件中去。这些特性对于我们调试一个新的stub，了解stub是如何使用远程串行协 议来实现用户对数据、程序内存、系统调用等等的需求是十分有用的。 Gdb拥有脚本语言，允许对目标自动的设置和检测。该语言是对目标处理器独立的 ，所以应用程序从一个目标处理器移植到另外的处理器时，脚本可以重用。 最后，gdb还提供了跟踪点的功能，该功能可以记录某个运行程序的信息，而尽可 能的不打断程序收集数据。跟踪点需要特别的调试stub来实现。 4．一个典型的gdb会话过程 现在我们已经探讨了gdb的通用功能，现在我们来看看gdb的执行。下面给出了一个 典型的gdb 调试会话过程。在该过程中，gdb初始化了同一个运行调试stub的远端目标 间的通信，然后下载程序，设置断点，并运行该程序。当遇到断点时，调试stub通知 gdb，gdb然后就将其源代码行显示给用户。接着，用户显示了一个变量，步近执行一个 指令，然后推出gdb 。 请注意，下面并未显示用户在使用gdb时所见到的内容。用户所见到的是一个终端， 显示的内容都是用英文写成的源代码、要显示的变量等等。但是，下面显示的脚本说明 了当用户键入命令时在幕后发生的内容。 典型的gdb会话过程的描述 用户键入的内容 串行口发生的内容 gdb 发送 目标响应 host>gdb myprogram gdb>target remote /dev/ttyS0 gdb> load gdb> breakpoint main [什么都没有。 Gdb在随后的命令发送之前物理地设置断点] gdb> continue [程序运行直到main()函数] [目标在main()处停止，地址为0x4015cc] gdb> display foo +$2f86#06 [foo的地址为0x4015bc; 其值为0x2f86] gdb> stepi + [目标执行一个指令] [PC的值现在为0x4015ce] gdb> quit + 上图中，左边一栏显示了gdb控制台的一部分。在此用户键入命令并监视数据。右 边一栏显示了一些使用GDB远程串行协议在宿主机和嵌入式设备之间的通信消息。在方 括号中是一些解释信息。如果想清楚的了解这些信息的含义，请见附录《GDB远程串行 协议》部分。 5．Gdb调试stub的源代码 虽然远程软件调试具有依赖于目标的特性，但是还是可以创建一个有高度的可移植 性的调试stub，在不同的嵌入式处理器芯片之间可以被重用，而所需的修改最小。 有人已经尝试了这方面的工作。如果各位感兴趣，可以去上网查阅相关的资料。例 如http://sourceforge.net/projects/gdbstubs。 处理器特定的代码包含在与处理器相关的文件名中，例如gdb_sh2*.c。我们可以针 对我们特定的处理器下载相关的文件（例如gdb_m68k*.c），然后在用其替代我们机器 上的相关内容。