使用 gdb + qemu 进行驱动程序调试

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2023/12/29/Driver debugging using gdb + qemu

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简单聊聊

因为最近在学习驱动程序的开发，一开始因为写的驱动程序比较简单，所以都是直接使用 printk 大法配合一些宏，在函数关键部位进行输出，掌握驱动程序运行的大致状态，比如下面的这种代码。


printk("%s %s line %d, can not alloc mem\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

但是随着驱动程序涉及到的东西的增加，逻辑的逐渐复杂化，原本的 printk 大法，慢慢就变得有一些力不从心了。突然想到了以前使用 gdb 调试操作系统的做法，所以准备尝试一下使用 gdb + qemu 的方法进行内核驱动模块的调试。

但是与原来调试操作系统不一样的是，因为Linux驱动程序是一种模块化的 .ko 文件，不是直接写入到操作系统内核代码中的程序，而是在需要的时候手动进行加载并且与设备树相互配合，所以没有办法直接进行调试。

于是就查询了相关资料，发现在执行 insmod 指令进行驱动程序加载的时候，统一入口就是 do_init_module 函数，通过在 do_init_module 函数处打断点，就可以得到内核驱动模块加载后在内核中的对应地址，然后通过 gdb 的 add-symbol-file 指令，将对应的驱动模块加载至 gdb 中，补全相关的符号表，即可进行驱动程序模块的调试。

查询内核模块加载到的地址

编译开启调试信息的内核文件

确保在 Linux 内核源码路径中的 .config 文件中，开启了内核调试的相关配置。


make zImage -jx

最终在内核源码路径中可以看到 vmlinux 文件

并且通过 file 命令查看，能够看到其包含调试信息。


file vmlinux
vmlinux: ELF 32-bit LSB executable, ARM, EABI5 version 1 (SYSV), statically linked, BuildID[sha1]=9a8d545bc62f684b6c685b17302696f17281feff, with debug_info, not stripped

为 qemu 添加启动标志

在启动QEMU时加上“-s -S”参数可以进入等待调试状态，然后可以用gdb进行调试。默认调试监听端口为 1234.

开启 gdb 连接 qemu


target remote :1234
b do_init_module
c

加载待调试内核模块

执行完下面这条命令之后就可以看到 gdb 命中了我们设置的 do_init_module 函数断点。


insmod xxx.ko

获取内核模块地址信息

使用 print mod->sect_attrs->attrs[0] 命令查找 .text .rodata .data .bss .symtab 这几个节所在的下标号，在我这边编译出来的内核模块这几个节所在的标号分别是 0,4,8,10,11。记录下来这几个值进行备用。

💡

注意：不同的编译参数会导致不同的标号分布，需要自己手动确认一下。

根据上面所得到的标号，依次执行下面的命令，获取对应接的加载地址。


print /x mod->sect_attrs->attrs[1]->address
print /x mod->sect_attrs->attrs[4]->address
print /x mod->sect_attrs->attrs[8]->address
print /x mod->sect_attrs->attrs[10]->address
print /x mod->sect_attrs->attrs[11]->address

根据得到的地址，依次修改下面的命令对应部位的地址：


add-symbol-file /home/tcy/100ask/src/06_gpio_irq/01_simple/gpio_key_drv.ko 0x7f000000 -s .rodata 0x7f000c40 -s .data  0x7f001058 -s .bss 0x7f0012c0 -s .symtab 0x7f003050

对驱动程序模块内部函数进行断点

现在你就可以对驱动程序内部的函数进行断点设置并调试了。


b gpio_key_probe
c

其他问题

`value has been optimized out`

开启调试信息并关闭编译优化

经过一些搜索的尝试与努力，终于可以开心地进行驱动程序模块的调试了，但是在调试的过程中遇到了 value has been optimized out 的问题，导致一些变量在编译的时候被优化掉，无法查看对应的变量值，所以需要打开内核模块的调试信息并且关闭编译优化。

为了达到上面的目的，需要我们在 Makefile 文件中添加 EXTRA_CFLAGS = -g 与 ccflags-y := -O0 这两行参数。


KERN_DIR = /home/xxx/100ask/100ask_imx6ull-qemu/linux-4.9.88 # 板子所用内核源码的目录

EXTRA_CFLAGS = -g

ccflags-y := -O0

all:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules

clean:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
	rm -rf modules.order

obj-m += gpio_key_drv.o