cisen
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2 years ago 第五章 RISC-V汇编语言程序的调试 https://lab.cs.tsinghua.edu.cn/cod-lab-docs/labs/5-riscv-assem/
第五章 RISC-V汇编语言程序的调试 本章的内容是使用GDB和QEMU来调试RISC-V程序。在QEMU的命令行上，使用-s（小写）来启动一个内置的gdb server服务器，这样外部的gdb客户端连接这个端口（1234）来进行程序调试。也可以使用-gdb tcp::9000来更改这个服务程序的端口。-S的选项是在QEMU启动的时候，先不启动客户虚拟机的CPU，先等待一个gdb客户端连接进来。
样例代码 下面看一个程序如何编译以及在QEMU环境中运行，从1加到10。
.section .text .globl _start _start: addi t0, x0, 0x1 addi t1, x0, 0x0 addi t3, x0, 0xa loop: add t1, t1, t0 add t0, t0, 0x1 add t3, t3, -1 bne t3, x0, loop nop jr ra nop 代码编译 用下面的命令进行编译，生成二进制代码：
riscv64-unknown-elf-c++ -c -nostdlib -nostdinc -static -g -Ttext 0x80000000 -o sum.elf sum.s
或者生成32位结构的代码：
riscv64-unknown-elf-c++ -nostdlib -nostdinc -static -g -Ttext 0x80000000 sum.s -o sum.elf -march=rv32i -mabi=ilp32
各个编译参数的解释：
-nostdlib -nostdinc 不需要标准库
-c 只进行编译和汇编，不进行链接
-static 静态编译，不做动态的特殊处理
-g 加入调试信息（符号表等），便于调试
-o 输出文件
-Ttext 0x80000000把代码段放到这个位置（模拟器刚刚启动的时候，会从0x1000的位置执行，这个位置的代码会把PC值指向0x8000 0000位置。这样就需要把用户的代码放到0x8000 0000位置。）（见下面的执行截图）
-march=rv32i 指定使用的RISC-V指令集
-mabi=ilp32 指定使用的abi结构（指令集是32位，不指定这个的话，会使用64位的abi，会不兼容。注意，这里使用的是默认64位的编译器。）
执行完上述5条指令后的寄存器的内容。
t0就是目标地址，即用户地址，通过jr t0跳入。
模拟器执行与调试 下面通过编译为32位的代码来看一下程序的执行过程（由于程序不需要任何操作系统的支持，会容易跑偏，所以要用远程gdb进行单条指令执行，观察寄存器的执行情况。）
上述代码保存为sum.s，调用：
riscv64-unknown-elf-c++ -nostdlib -nostdinc -static -g -Ttext 0x80000000 sum.s -o sum.elf -march=rv32i -mabi=ilp32
生成可执行文件：
生成的可执行文件能在RISC-V的Linux操作系统下执行，在Windows下显然无法执行。
可以使用objectdump来反汇编，看看可执行程序里面的内容：
使用QEMU模拟器开始装入可执行程序：
QEMU-system-riscv32 -m 2G -nographic -machine virt -kernel sum.elf -s -S
注意一定要带入-s -S参数。-s的意思是在QEMU中启动gdb server，端口号为1234，-S的意思是，完成装载之后，不要启动模拟的处理器，等待调试器接入。
另外-bios non代表的意思就是不需要装载qemu默认的bios，在模拟的平台上不需要这部分的信息。
启动gdb的调试器客户端：
riscv64-unknown-elf-gdb sum.elf
后面要跟上sum.elf，主要目的是两个，一个是gdb本身是64位的，需要告诉它调试的对象是32位的，另外一个是sum.elf里面有调试的符号表，在进入调试的时候能够看到被调试的代码。
输入调试目标：
target remote localhost:1234
之后可以开始调试，先把断点设置到0x8000 0000的位置，之后可以控制程序单步执行。
可以通过下面的一些指令来观察程序的执行行为。
gdb的一些命令：
break 设置断点，比如break *0x80000000
disas $pc, $pc+20 在一个范围内反编译
info reg 列出所有的寄存器
x /24i $pc 在一个地址之后反编译24条指令
x /24d $pc 在一个地址之后列出内存中24字节的内容
p $x1 打印某一个寄存器的内容
容易产生错误的地方：如果QEMU和gdb互相不能匹配的最大问题就是32位和64位不匹配。要保证32位的QEMU模拟器执行32位的程序，64位模拟器去执行64位的程序。在进行调试的时候也指定正确的位数。
下面是综合起来看一下的效果：
上面的那个是启动qemu和用户程序的，用命令行启动qemu等待连接，注意-s 和-S。下面是启动gdb，连接。先target remote localhost:1234。然后break *0x80000000。然后c，这个时候就会启动上面的qemu。然后碰到第一个断点，停下来。然后，只能si了，因为没有断点了。如果再continue的话会跑飞。
当前目录的.gdbinit文件可能会带来困扰，找一个没有.gdbinit的目录下面执行上面的目录，避开使用和kernel一样的目录。
上述执行的过程中都使用"打开命令行.cmd"打开的命令行窗口，然后可以用cd命令切换到别的目录。这个命令已经设置好一系列的环境了。
启动和调试监控程序 下面过程说明如何使用gdb和QEMU来调试监控程序：
使用命令行：
QEMU-system-riscv32 -M virt -m 32M -kernel .\kernel.elf -nographic -monitor none -serial tcp::6666,server -s -S
其中几个参数意义是：
-M virt：该参数决定了模拟的RISC-V处理器的平台型号，通常不用更改
-m 32M：处理器可访问的内存容量是32M字节
-nographic：不启用图形功能支持
-monitor none：不启用控制窗口
-s -S：两个参数联合使用，表示启用调试功能，并等待调试器连接（默认的端口是1234）
-kernel fib.elf：要运行的程序，必须为elf格式文件
在调试监控程序的时候，QEMU会开两个端口，一个端口用于串口通信（端口号：6666），一个端口用以gdb server程序的端口（端口号：1234）。实际QEMU在开始执行的时候，会首先打开串口的通信，然后再打开gdb server程序的端口。所以，如果没有一个终端程序来连到串口的话，QEMU是不会打开调试端口的。因此，为了能够对监控程序进行调试，需要把终端程序也启动起来。
第一步：使用上述命令来启动QEMU模拟器。
第二步：使用term终端程序来连接6666号端口。
QEMU模拟器的状态也发生了变化。
可以看到，tcp已经连接上了。但是，这个时候监控程序没有起来。因为QEMU还在等待gdb程序的连接。
第三步：下一步，使用gdb连接到QEMU的gdb sever。
注意，这里的命令是riscv64-unknown-elf-gdb kernel.elf，后面跟着对应的二进制代码。这样可以通知gdb的客户端程序是在服务器端调试那个程序。而且，riscv64-unknown-elf-gdb默认任务服务器端的程序是64位的，但是实际上监控程序是32位的。这里通过kernel.elf的参数明确告诉gdb客户端，需要调试的程序是32位的，这样双方才能够正确通信。
下图是gdb启动之后的情况。
这个时候就可以输入调试的目标了
target remote localhost:1234
可以看到，gdb使用localhost:1234开始调试。
这时，其它的两个窗口（QEMU窗口和term窗口）没有发生变化，因为这个时候QEMU并没有启动模拟的处理器（或者说虚拟机内部的处理器）。在gdb窗口中键入continue，启动QEMU中的模拟的处理器。
终端程序已经可以进行交互了：
关于-M的解释
可以看到，这一部分是制定对应的模拟机器的型号，在实验中其实不重要，因为并不需要外设。
总结
下载安装
制作开发板
include/hw,rom/opensbi,rom/u-boot这三个，搜索raspberrypi，发现主要的还是rom/u-boot/board