SylixOS中AARCH64的GDB調試實現

1. GDB功能實現的框架

1.1 GDB的簡介

GDB是GNU開源組織發佈的一個強大的UNIX下程序調試工具。SylixOS中除Lite版本外，均可以實現GDB調試功能。 GDB能夠對C和C++程序進行調試，它使用戶能在程序運行時觀察程序的內部結構和內存的使用狀況。如下是GDB所提供的一些功能：

1. 能監視程序中變量的值；
2. 能設置斷點以使程序在指定的代碼行上中止執行；
3. 能逐行執行代碼。

1.2 GDB的組成框架

GDB由gdb-server和gdb-host組成。 目標板使用gdb-server來啓動已經編譯好的代碼，執行斷點、單步等調試動做，同時經過網絡、串口等反饋調試須要的信息給gdb-host。 宿主機上運行gdb-host，解析gdb-server傳來的信息，同時，發送斷點、單步等動做給目標板。

2. SylixOS中GDB的實現

2.1 Base中已經實現的內容

在SylixOS中，gdb-server的主要通訊流程和網絡通訊框架，已經在Base中實現，代碼位置以下圖所示。

這部分代碼邏輯中，已經完成和gdb-host的通訊邏輯。當在RealEvo-IDE中的Debug界面，進行單步，運行到指定行，全速運行等操做時，gdb-host實際經過對應架構的xxxx-sylixos-elf-gdb.exe工具與板卡內的gdb-server進行通訊。

2.2 ARCH須要實現的內容

在每一個具體架構中，都存在dbg目錄，該目錄下對應有xxxDbg.c和xxxGdb.c文件，以及xxx_gdb.h文件，以下圖所示。

2.2.1 xxx_gdb.h的實現

xxx_gdb.h中主要實現與GDB相關的結構體變量定義和函數聲明。 好比，在AARCH64中，xxx_gdb.h 中對 GDB 相關結構體的定義以下程序清單所示：

/***************************************************************************
  最大寄存器數
***************************************************************************/
#define GDB_MAX_REG_CNT     34
/***************************************************************************
  寄存器集合結構
***************************************************************************/
typedef struct {
    INT         GDBR_iRegCnt;                          /* 寄存器數量                 */
    struct {
        ULONG   GDBRA_ulValue;                         /* 寄存器值                   */
    } regArr[GDB_MAX_REG_CNT];                        /* 寄存器數組                  */
} GDB_REG_SET;

在該結構體中須要定義gdb-server監控和傳輸的寄存器數量，以及爲每一個寄存器分配存儲的空間。監控和傳輸的寄存器數量，由GNU官方定義。好比在GNU提供的AARCH64 gdb說明中，其對org.gnu.gdb.aarch64.core的定義以下：

2.2.2 xxxGdb.c的實現

xxxGdb.c 中必須實現以下圖所示的接口。

在xxxGdb.c中定義了兩個描述 xml 結構的全局變量，分別爲CoreXml和TargetXml的描述，這兩個描述類型均可以從GNU查詢到。

須要實現接口中的archGdbCoreXml和archGdbTargetXml就是分別返回這兩個結構的函數實現。 archGdbRegsGet和archGdbRegsSet分別用於返回寄存器結構的狀態，以及對寄存器結構中的狀態值進行設置，經過這兩個函數，就能夠在IDE中監測和設置對應的寄存器值。 archGdbRegSetPc、archGdbRegGetPc和archGdbGetNextPc 是對PC指針的獲取和設置，其中archGdbRegSetPc和archGdbRegGetPc就是單獨對寄存器結構中的PC值進行設置和獲取。 archGdbGetNextPc是單步調試重點須要實現的邏輯。此段代碼邏輯中，須要針對異常分支、直接設置PC、函數返回等多種狀況下，Next PC的邏輯進行考慮和實現。

2.2.3 xxxDbg.c的實現

xxxDbg.c 中必須實現以下圖所示的接口。

archDbgAbInsert用於實現斷點插入的邏輯。斷點插入的實現思路是，在須要產生斷點的位置，替換一條斷點指令。這樣當程序運行到斷點處時，就會進入斷點異常，在斷點異常的處理流程中，向gdb-host發送寄存器狀態。 archDbgBpRemove 、archDbgBpPrefetch 和 archDbgBpAdjust 都是對斷點的通用處理，基本上各個架構實現的方式都類同。

3. RealEvo-IDE配置中須要修改的地方

此外，在RealEvo-IDE的安裝目錄「RealEvo\ide\tools\gdb」內須要根據具體的架構，預先建立一個gdbinit.txt文檔。 不然，在IDE中啓動gdb程序時，會出現異常。