最近我想調試一個運行在QEMU模擬ARM系統中的Linux程序。我碰到過一些麻煩，因此我會將我的工作過程寫在這裡。我想用gdbserver來在QEMU中運行一個程序，然後用TCP鏈接將其連接到運行在我PC上的GDB實例。gdbserver是一個軟體層，它實現了GDB的一部分功能（調試殘樁），並提供了通過網路（或者串口）連接一個完整的GDB實例的可能性。我想說明的這些都可以通過下面這張圖來表示。
使用QEMU內嵌的gdbserver
藍顏色的部分表示用來運行在我的Ubuntu PC（32位x86）上的軟體，而綠色的部分則表示運行在ARM上的軟體。qemu-system-arm是一個模擬VersatilePB平台的軟體；我嘗試過運行可以通過Ubuntu倉庫里安裝的那個版本（這個軟體包叫qemu-kvm-extras），但它必須和最新的Linux版本（2.6.35）一起。因此我打算編譯並使用QEMU的上流版本。GDB的server和“client”都來自於ARM的CodeSourcery編譯工具集，也就是用於交叉編譯ARM軟體的編譯器。在本例中我想要調試的程序是GNU Hello，這個程序除了列印“Hello World”外沒有做多少工作，不過這是一個用GNU Autotools進行交叉編譯的好例子。
先決條件
為了接下來的流程，我首先安裝了:
- 用於ARM的CodeSourcery GNU/Linux工具鏈
- 用於編譯QEMU的本地x86工具鏈(Ubuntu的build-essentials軟體包)
- 作為調試器圖形界面的DDD
- 用於創建Linux文件系統鏡像的cpio工具
- libncurses5-dev軟體包，用於運行Linux內核和Busybox的菜單式配置
- 用於編譯QEMU的libsdl-dev和zlib1g-dev
1 | $ sudo apt-get install build-essential ddd cpio libncurses5-dev libsdl-dev zlib1g-dev |
3 | $ chmod +x arm-2010q1-202-arm-none-linux-gnueabi.bin |
4 | $ ./arm-2010q1-202-arm-none-linux-gnueabi.bin |
我將工具鏈安裝在默認的“~/CodeSourcery”目錄下。而這種情況下gdbserver的可執行文件可以在路徑“/home/francesco/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/libc/usr/bin/gdbserver”下找到。
注意以後的過程都會在一個專用的文件夾下運行，並且從此以後不在需要root的訪問許可權。整個過程到結束大概需要使用1Gigabyte的硬碟空間。
Linux內核
首先，我從官方的倉庫中獲取了最新的內核版本。
2 | $ tar xjf linux-2.6.35.tar.bz2 |
4 | $ make ARCH=arm versatile_defconfig |
5 | $ make ARCH=arm menuconfig |
當菜單出現時，我來到“Kernel Features”節並打開EABI支持；然後退出 (保存配置) 並編譯:
1 | $ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- all |
結果是得到一個壓縮的內核鏡像文件“./linux-2.6.35/arch/arm/boot/zImage”。
Busybox
接下來，我下載了最新版的Busybox；在前次的教程中我使用了靜態編譯，但這一次我不會，因為gdbserver（我計劃就是要用它）無論如何都需要共享庫。
2 | $ tar xjf busybox-1.17.1.tar.bz2 |
4 | $ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- defconfig |
5 | $ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- install |
結果是得到文件夾“busybox-1.17.1/_install”，包括了一個最小的不包含共享庫的根文件系統。
QEMU
我重新從源碼編譯了QEMU，只包含我需要的模擬ARM系統的二進位文件。
2 | $ tar xzf qemu-0.12.5.tar.gz |
4 | $ ./configure --enable-sdl --disable-kvm --enable-debug --target-list=arm-softmmu |
相應的結果是程序“./qemu-0.12.5/arm-softmmu/qemu-system-arm”，會被用來模擬VersatilePB平台。
GNU Hello
這個軟體包需要配置成使用交叉編譯；不過這其實很容易做；它只需要一個交叉編譯器的前綴。
1 | $ wget http://ftp.gnu.org/gnu/hello/hello-2.6.tar.gz |
2 | $ tar xzf hello-2.6.tar.gz |
4 | $ ./configure --host=arm-none-linux-gnueabi |
結果就是一個ARM架構的可執行文件“hello-2.6/src/hello”。
完成文件系統構建
所有涉及到的ARM二進位文件 (busybox, gdbserver, hello) 都需要共享庫。Codesourcery工具鏈在安裝目錄的一個子文件夾下提供了這些庫。在我這種情況下就是“/home/francesco/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib/”。為了探索哪些庫是必需的我使用CodeSourcery工具鏈所分發的readelf工具。具體說來，我運行了：
01 | $ arm-none-linux-gnueabi-readelf hello-2.6/src/hello -a |grep lib |
02 | [Requesting program interpreter: /lib/ld-linux.so.3] |
03 | 0x00000001 (NEEDED) Shared library: [libgcc_s.so.1] |
04 | 0x00000001 (NEEDED) Shared library: [libc.so.6] |
05 | 00010694 00000216 R_ARM_JUMP_SLOT 0000835c __libc_start_main |
06 | 2: 0000835c 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __libc_start_main@GLIBC_2.4 (2) |
07 | 89: 0000844c 4 FUNC GLOBAL DEFAULT 12 __libc_csu_fini |
08 | 91: 0000835c 0 FUNC GLOBAL DEFAULT UND __libc_start_main@@GLIBC_ |
09 | 101: 00008450 204 FUNC GLOBAL DEFAULT 12 __libc_csu_init |
10 | 000000: Version: 1 File: libgcc_s.so.1 Cnt: 1 |
11 | 0x0020: Version: 1 File: libc.so.6 Cnt: 1 |
Hello這個二進位文件需要三個共享庫: “ld-linux.so.3″, “libgcc_s.so.1″ 和 “libc.so.6″。我對所有的3個二進位文件都執行了這個命令，並且將所需的庫和gdbserver、hello等可執行文件拷貝到Busybox的文件系統裡面。
01 | $ cd busybox-1.17.1/_install |
03 | $ cp /home/francesco/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib/ld-linux.so.3 lib/ |
04 | $ cp /home/francesco/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib/libgcc_s.so.1 lib/ |
05 | $ cp /home/francesco/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib/libm.so.6 lib/ |
06 | $ cp /home/francesco/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib/libc.so.6 lib/ |
07 | $ cp /home/francesco/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib/libdl.so.2 lib/ |
08 | $ cp /home/francesco/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/libc/usr/bin/gdbserver usr/bin/ |
09 | $ cp ../../hello-2.6/src/hello usr/bin/ |
在我的實驗中我需要ARM客戶機系統那邊有一個可用的網路，因此我準備了一個初始化腳本來開啟它。該腳本從我的上一個教程擴展而來，下面是我用的腳本“rcS”的內容：
2 | mount -t proc none /proc |
3 | mount -t sysfs none /sys |
6 | ifconfig eth0 10.0.2.15 netmask 255.255.255.0 |
7 | route add default gw 10.0.2.1 |
然後，我將rcS拷貝到Busybox文件系統的“etc/init.d”目錄裡面並創建壓縮的文件系統鏡像：
1 | $ cd busybox-1.17.1/_install |
2 | $ mkdir -p proc sys dev etc etc/init.d |
3 | $ cp ../../rcS etc/init.d |
4 | $ chmod +x etc/init.d/rcS |
5 | $ find . | cpio -o --format=newc | gzip > ../../rootfs.img.gz |
運行與調試
現在我已經將所有東西準備好:
- 一個壓縮的內核鏡像
- QEMU
- 一個壓縮的文件系統鏡像，包括:
- Busybox
- rcS初始化腳本
- 為ARM編譯的GNU Hello二進位文件
- 用於ARM的gdbserver
- 所需的共享庫
運行該平台的命令行是:
1 | $ ./qemu-0.12.5/arm-softmmu/qemu-system-arm -M versatilepb -m 128M -kernel ./linux-2.6.35/arch/arm/boot/zImage -initrd ./rootfs.img.gz -append "root=/dev/ram rdinit=/sbin/init" -redir tcp:1234::1234 |
這裡“redir”選項會將我Ubuntu PC的埠1234上的所有TCP通信重定向到ARM客戶機系統的1234埠上。系統將會啟動，然後會打開一個root許可權的控制台。在bash提示符下，我運行調試伺服器：
1 | # gdbserver --multi 10.0.2.15:1234 |
該命令會啟動一個伺服器並等待1234埠上的GDB連接。在PC上我可以打開調試器：
1 | $ ddd --debugger arm-none-linux-gnueabi-gdb |
也可以單獨運行arm-none-linux-gnueabi-gdb命令或者連接到另外一個前端。要調試遠端的程序，我需要告訴GDB使用ARM的共享庫而不是本地庫（那些用於32位x86的）；否則執行的時候調試器會抱怨說庫不匹配。
1 | set solib-absolute-prefix nonexistantpath |
2 | set solib-search-path /home/francesco/CodeSourcery/Sourcery_G++_Lite/arm-none-linux-gnueabi/libc/lib/ |
3 | file ./hello-2.6/src/hello |
4 | target extended-remote localhost:1234 |
5 | set remote exec-file /usr/bin/hello |
到這裡后，調試過程就跟平常一樣了。
來源：http://balau82.wordpress.com/2010/08/17/debugging-arm-programs-inside-qemu/
