U-Boot 之二詳解使用 eclipse + J-Link 進(jìn)行編譯及在線調(diào)試

看見就非常 2022-03-15

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??在上一篇博文 U-Boot 之一零基礎(chǔ)編譯 U-Boot 過程詳解及編譯后的使用說明中，最后使用階段遇到了一些錯(cuò)誤，然后發(fā)現(xiàn)不能調(diào)試（靠打印信息）實(shí)在是難受，就開始摸索如何調(diào)試 U-Boot，于是就有了這篇博文。

??找了一下網(wǎng)上現(xiàn)有的資料，直接使用 GDB 命令行調(diào)試是一個(gè)選擇，但是明顯效率不高。于是開始探索直接使用 eclipse 對 U-Boot 進(jìn)行編譯及調(diào)試。發(fā)現(xiàn)網(wǎng)上有不少說明文章，但大多數(shù)都太老舊了，因此我決定重新整理一篇，使用的當(dāng)前最新的工具環(huán)境如下：

Ubuntu 20.04.3
Eclipse IDE 2021-12 R Packages Eclipse IDE for Embedded C/C++ Developers
U-boot 2021.10
J-Link_Linux_V760b_x86_64.deb

下載安裝 eclipse

??首先從官網(wǎng)下載最新的針對嵌入式 C/C++ 的 tar 包（現(xiàn)在 eclipse 針對不同開發(fā)環(huán)境提供了不同的包，我記得之前并沒有分開）：Eclipse IDE for Embedded C/C++ Developers，地址：https://www./downloads/packages/release/2021-12/r/eclipse-ide-embedded-cc-developers，然后進(jìn)行安裝（解壓）：
在這里插入圖片描述
解壓之后，我們在 /opt/eclipse/eclipse 目錄（我這里先建立了 eclipse 文件夾導(dǎo)致多了一級，大家可以直接解壓到 /opt）下直接雙擊運(yùn)行 eclipse 程序即可。這里我們直接下載嵌入式專用的版本，主要是出于以下幾點(diǎn)：

根據(jù)官網(wǎng)提示 “The Eclipse Installer 2021?12 R now includes a JRE for macOS, Windows and Linux.” ，我們不用再安裝 Java 運(yùn)行時(shí) 了。解壓后直接使用就可以了。
包含了一些嵌入式使用的插件（例如 J-Link、OpenOCD 等調(diào)試插件），這省了我們在去安裝這些插件。例如，選擇 Eclipse IDE for C/C++ Developers，然后去安裝各種插件。

進(jìn)一步，我們可以選擇建立一個(gè) eclipse 的快捷方式，方便后續(xù)啟動：

新建 sudo gedit /usr/share/applications/eclipse.desktop

輸入以下內(nèi)容：

[Desktop Entry]
Encoding=UTF-8
Name=Eclipse
Comment=Eclipse IDE
Exec=/opt/eclipse/eclipse/eclipse
Icon=/opt/eclipse/eclipse/icon.xpm
Terminal=false
StartupNotify=true
Type=Application
Categories=Application;Development;

賦予執(zhí)行權(quán)限 sudo chmod u+x /usr/share/applications/eclipse.desktop
以上步驟之后我們就可以在桌面最左下角的菜單中找到 eclipse 了。當(dāng)然還可以在進(jìn)一步，將 /usr/share/applications/eclipse.desktop 復(fù)制到桌面，然后賦予執(zhí)行權(quán)限（應(yīng)該是還需要右鍵鼠標(biāo)，選擇 Allow Launching）。

附 tar 命令：

 # 壓縮
 tar -czvf ***.tar.gz
 tar -cjvf ***.tar.bz2
 # 解壓縮
 tar -xzvf ***.tar.gz
 tar -xjvf ***.tar.bz2
 # 參數(shù)
-c  ：建立一個(gè)壓縮檔案的參數(shù)指令(create 的意思)；
-x  ：解開一個(gè)壓縮檔案的參數(shù)指令！
-t  ：查看 tarfile 里面的檔案！特別注意，在參數(shù)的下達(dá)中， c/x/t 僅能存在一個(gè)！不可同時(shí)存在！因?yàn)椴豢赡芡瑫r(shí)壓縮與解壓縮。
-z  ：是否同時(shí)具有 gzip 的屬性，亦即是否需要用 gzip 壓縮
-j  ：是否同時(shí)具有 bzip2 的屬性，亦即是否需要用 bzip2 壓縮
-v  ：壓縮的過程中顯示檔案！這個(gè)常用，但不建議用在背景執(zhí)行過程！
-f  ：使用檔名。注意，在 f 之后要立即接檔名，不要再加參數(shù)！例如使用『 tar -zcvfP tfile sfile 』就是錯(cuò)誤的寫法，要寫成『 tar -zcvPf tfile sfile 』才對！
-p  ：使用原檔案的原來屬性（屬性不會依據(jù)使用者而變）
-P  ：可以使用絕對路徑來壓縮！
-N  ：比后面接的日期(yyyy/mm/dd)還要新的才會被打包進(jìn)新建的檔案中！

下載安裝 J-Link 驅(qū)動

??這個(gè)就相當(dāng)簡單了，SEGGER 提供了安裝包，直接從 https://www./downloads/J-Link/ 下載對應(yīng)的的 linux 的安裝包（例如我的 Ubuntu 對應(yīng) 64-bit DEB Installer），然后雙擊安裝就可以了。安裝之后默認(rèn)位置是 ./opt/SEGGER 目錄下。
在這里插入圖片描述
里面的可執(zhí)行程序都沒有對應(yīng)的桌面圖標(biāo)，運(yùn)行后在左側(cè)的工具欄上也是黑乎乎的。使用時(shí)直接使用命令行或者到目錄下雙擊對應(yīng)的可執(zhí)行程序即可。

配置 eclipse

??eclipse 的配置分為全局、工作區(qū)、項(xiàng)目，優(yōu)先級前者最低后者最高（后者會覆蓋前者）。對于一些通用的配置（例如我們安裝的 J-Link 驅(qū)動，無論工作區(qū)還是項(xiàng)目，應(yīng)該都用一個(gè)），eclipse 推薦直接在全局或者工作區(qū)中配置，項(xiàng)目直接繼承使用全局或工作區(qū)的配置就可以了。 啟動 eclipse 會提示選擇工作區(qū)，默認(rèn)可以選擇不再提示。
在這里插入圖片描述
啟動之后，直接 菜單 --> Window --> Preferences 打開配置界面，我們主要是配置更改 MCU 這個(gè)目錄（這個(gè)好像是由于我們用的嵌入式版 eclipse 自帶了 CDT 插件才有這個(gè)）下的內(nèi)容，其他的配置項(xiàng)則根據(jù)自己的需要自行修改即可。具體如下：
在這里插入圖片描述
我這里僅僅配置了編譯工具鏈和 J-Link 的安裝位置。之所以這里選擇對全局配置項(xiàng)進(jìn)行配置，主要還是方便在后續(xù)建立項(xiàng)目之后，項(xiàng)目自動繼承這些配置，方便減少很多操作。

??這里再次說明，由于我們選擇的是嵌入式專用的 eclipse（Eclipse IDE for Embedded C/C++ Developers ），因此，我們不需要安裝 CDT 插件等操作。否則光是配置 eclipse 內(nèi)容就挺多！

安裝 CMSIS-Packs

??CMSIS Pack 是 ARM 為 Cortex-M 核定義的一個(gè)規(guī)范，是一種有效的封裝技術(shù)，目前支持近 9000 種不同的微控制器。它們?yōu)檐浖M件、設(shè)備參數(shù)和評估板支持提供了一種交付機(jī)制。軟件包（文件集合）包括：

源代碼、頭文件和軟件庫
文檔和源代碼模板
設(shè)備參數(shù)以及啟動代碼和編程算法
示例工程

??用過 MDK-ARM（Keil）的應(yīng)該很熟悉，這個(gè)東西不僅可以在 MDK-ARM（Keil）中使用，現(xiàn)在 eclipse、IAR 都集成了 CMSIS Pack，通過 CMSIS Pack 我們可以在線安裝一些芯片的包。

?? 這里我們之所以安裝 CMSIS Pack（確切的說是安裝 CMSIS Pack 中提供的芯片的包），是因?yàn)閺闹形覀兛梢垣@取到芯片的 SVD 文件，而 SVD 文件中記錄了芯片中各種外設(shè)的寄存器，在調(diào)試時(shí)非常有用！如果不使用 SVD 文件，調(diào)試器將無法獲取芯片中外設(shè)的寄存器，只能顯示 ARM 核中的幾個(gè)寄存器。

?? eclipse 中安裝非常簡單，但是由于訪問的是國外的服務(wù)器，速度相當(dāng)慢（那些包都挺大的），而且經(jīng)常出現(xiàn)某些芯片下載不下來報(bào)錯(cuò)。如果出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)直接選擇忽略即可。具體操作如下圖所示：
在這里插入圖片描述
??CMSIS Pack 的安裝位置可以在 菜單--> Window-->Preferences --> C/C++ --> MCU Packages 下找到及更改。查看其中的內(nèi)容，其實(shí)就是 Keil 中的那一套東西，因此一種變通的方法是將下載好的內(nèi)容直接放到上面的目錄中即可。SVD 文件就位于 CMSIS-Packs\Keil\STM32F7xx_DFP\2.14.1\CMSIS\SVD 目錄下。
在這里插入圖片描述
注意，上面的這個(gè)目錄應(yīng)該是個(gè)隱藏文件夾！

編譯 U-Boot

新建項(xiàng)目

??準(zhǔn)備好以上環(huán)境及工具之后，就可以直接建立項(xiàng)目了，對于 U-Boot ，我們選擇 Makefile Project with Existing Code。我這里把步驟盡量把步驟合并到一張圖，以節(jié)約篇幅。具體步驟如下圖所示：
在這里插入圖片描述
??其中，我們選擇的編譯工具鏈?zhǔn)?Arm Cross GCC。這里的選擇主要是讓 eclipse 能夠主動使用適合我們的一些配置。如果選擇其他的，后續(xù)也可以再次進(jìn)行更改（步驟會多一些）。

注意，如果選擇在配置章節(jié)說的已經(jīng)在配置了全局或者工作區(qū)，下面有些配置其實(shí)可以不用更改。我這里就以沒有配置來進(jìn)行演示（覆蓋全局配置），對于全局配置有影響的地方單獨(dú)說明一下。

??點(diǎn)擊 Finish 之后，默認(rèn)在選擇的源代碼目錄下新建兩個(gè)（隱藏）文件：.cproject 和 .project，這兩個(gè)就是 eclipse 記錄的項(xiàng)目配置信息文件（我之前以為會和 Windows 上的一些軟件（例如 vs）似得放到選擇的工作區(qū)目錄下，要不然我選擇工作區(qū)干啥?。?。

項(xiàng)目配置

??點(diǎn)擊右鍵菜單最下面的 Properties （也可以通過 菜單 --> Project --> Properties）之后，就打開了項(xiàng)目的配置頁面，接下來就是更改一些項(xiàng)目專用的配置了。下面我們一步步說明需要做哪些更改：

新增環(huán)境變量。具體操作如下圖所示：

環(huán)境變量下原有的兩個(gè) CMD、PWD 我們不用管它（PATH 變量默認(rèn)也應(yīng)該有，不知為何我這里沒有）。我們最終需要新增三個(gè)環(huán)境變量 ARCH、CROSS_COMPILE、PATH（如果沒有的話），其中， ARCH 和 CROSS_COMPILE 就是我們使用命令行編譯時(shí)指定的。PATH 主要是告訴 eclipse 我們是用的工具的位置。
??這里需要特殊注意 PATH 的值。我們需要先通過上面的 Variables 找到系統(tǒng) PATH 變量，然后點(diǎn)擊 OK，此時(shí)，eclipse 就會導(dǎo)入系統(tǒng)環(huán)境變量的值。我們需要編輯它，在其中添加我們自己的編譯工具鏈位置（我這里是 /usr/share/gcc-arm-none-eabi-10.3.2021.10/bin，注意，bin 目錄不止一個(gè)），否則在編譯時(shí)會提示找不到相關(guān)工具。注意，如果在上面說的全局設(shè)置中已經(jīng)添加了編譯器的路徑，這里不用再次添加。 最終添加后如下所示：

我們添加的編譯器路徑用于讓 eclipse 找到編譯器，其他原有的系統(tǒng)環(huán)境變量可以讓 eclipse 找到 make 程序。此外，最下面的 Append xxx 這句不要去掉。
更改我們使用的編譯工具鏈以及選擇使用的芯片。

如果沒有配置全局編譯器路徑，這里必須單獨(dú)配置；如果設(shè)置了這里就會自動讀取全局設(shè)置的編譯工具鏈，查看一下是否正確即可。如果這里選擇了芯片，在調(diào)試的時(shí)候會省略一些配置。
[可選] 不使用 CDT 內(nèi)建的編譯工具鏈的相關(guān)設(shè)置（因?yàn)槲覀兏鼡Q了編譯工具鏈），注意，這里不更換也沒啥問題！
新增我們自己的編譯工具鏈的頭文件路徑。每一個(gè)編譯工具鏈下都會有 include 文件夾用來存放編譯器使用的各種頭文件。需要注意的是， include 可能會有好幾個(gè)，最好都添加上。如果在全局中配置了編譯器路徑，eclipse 就會自動識別指定的編譯工具的相關(guān)頭文件，這里就可以不用設(shè)置。
[可選] 開啟并行編譯。就是指定 make -jn 參數(shù)（n 根據(jù)處理器來定）。eclipse 配置如下：
[可選] 增加 make stm32f769-disco_defconfig步驟。完整的構(gòu)建 U-Boot 的步驟中，第一步是生成 .config 文件，而后是 make menuconfig，最后才是 make。如果不添加到 eclipse ，則需要先用命令行執(zhí)行以上步驟，否則 eclipse 會提示錯(cuò)誤。

具體添加如下：

之后，我們就可以在 菜單 --> Project --> Build Targets --> Build 中直接點(diǎn)擊上面的配置，執(zhí)行這一步了。
[可選] 修改 make clean。默認(rèn)情況下，我們執(zhí)行 Clean 時(shí)，使用是 make clean，而我們編譯 U-Boot 一般使用 make distclean。這個(gè)是 eclipse 默認(rèn)的設(shè)置，我們可以通過如下位置進(jìn)行修改：

此外，還可以參考第 6 步中新建一個(gè) Build Targets，只是使用起來沒有上面這個(gè)方式簡單。我第 6 步的圖示中已經(jīng)建立好了！

編譯

經(jīng)過以上步驟，完整的 U-Boot 編譯環(huán)境就搭建好了，接下來就可以在 eclipse 中構(gòu)建 U-Boot 了。
在這里插入圖片描述

調(diào)試 U-Boot

J-Link 連接開發(fā)板

??調(diào)試之前肯定是先把 J-Link 連接到開發(fā)板（開發(fā)板上有個(gè) 20 針腳的 JTAG/SWD 調(diào)試接口），確保連接正確。測試連接具體可以使用我們安裝的 J-Link 驅(qū)動里相應(yīng)的工具：JFlashExe，新建一個(gè) STM32F769 芯片的項(xiàng)目，然后連接一下：
在這里插入圖片描述
提示 Connected successfully 即可。

eclipse 調(diào)試相關(guān)配置

??連接沒有問題之后，接下來就是配置 eclipse 了：菜單 --> Run --> Debug Configuration...，總的來說配置并不麻煩，我這里使用是 J-Link，因此，選擇 GDB SEGGER J-link Debugging，然后點(diǎn)擊上面的新建圖標(biāo)（或者直接雙擊 GDB SEGGER J-link Debugging）就會出現(xiàn)一個(gè)新的配置，具體步驟如下圖所示：
在這里插入圖片描述
??需要注意的就是選擇 C/C++ Application 這一項(xiàng)，我們需要從眾多執(zhí)行程序中選擇出我們最終需要 u-boot（這個(gè)是最終編譯出的帶調(diào)試信息的，不是 u-boot.bin。具體見博文U-Boot 之三 U-Boot 源碼文件解析及移植過程詳解）。接下來就是配置界面中剩下的Debugger、Startup、Source、Common、SVD Path 這 5 個(gè) Tab 頁面內(nèi)容，下面我直接上圖來說明每個(gè)頁面需要的配置：

Main、Debugger、Startup

如果已經(jīng)在全局配置中設(shè)置了J-Link 的路徑，這里默認(rèn)是會自動讀取全局的配置的 J-Link，不用更改也可以。當(dāng)然這里再選擇一下肯定沒有問題。芯片類型如果在構(gòu)建時(shí)選擇了芯片，這里也會自動填上選擇的芯片。還有就是 Startup --> Setbreakpoint at: 這個(gè)默認(rèn)是 mian，但是 U-Boot 默認(rèn)沒有 main，這里根據(jù)實(shí)際情況選擇。直接 reset，簡單粗暴！還有可以使用 _main。
Source、Common、SVD Path

如果按照前面說的安裝了 CMSIS-Packs，那么這里就可以找到對應(yīng)芯片的 SVD 文件，選擇 SVD 文件之后，我們在調(diào)試時(shí)就可以查看外設(shè)寄存器的值，否則將無法查看！如下圖所示：

??注意，eclipse 寄存器分為兩部分：Registers 窗口中是 ARM Cortex 核的寄存器（例如，R0、PC），Peripherals 下面就是我們的 SVD 文件中描述的外設(shè)寄存器。

U-Boot 調(diào)試修改

開啟調(diào)試選項(xiàng)

??默認(rèn)情況下，U-Boot 的編譯已經(jīng)進(jìn)行了優(yōu)化，且默認(rèn)并不開啟調(diào)試的，因此我們需要更改一下 U-Boot 的配置。第一個(gè)是需要取消 General Setup --> Optimise for size，在一個(gè)就是開啟 General Setup --> Configure standard U-Boot features (expert users) -> enable debug information for tools，具體如下圖所示：
在這里插入圖片描述
??這里需要注意，如果使用 make distclean 會清理所有文件，這就會導(dǎo)致以上的配置被清理！所以除非必要，否則還是使用 make clean 好一些。目前來看 make menuconfig 這一步還是需要在終端中執(zhí)行。

??警告：目前我在測試中發(fā)現(xiàn)，去掉 General Setup --> Optimise for size 可能導(dǎo)致程序無法運(yùn)行，暫時(shí)沒找到解決方法！我目前是在僅開啟了 General Setup --> Configure standard U-Boot features (expert users) -> enable debug information for tools 的情況進(jìn)行調(diào)試的。就是偶爾會出現(xiàn)斷點(diǎn)位置不正確，不影響正常調(diào)試！

??這里有個(gè)比較嚴(yán)重的問題，去掉 General Setup --> Optimise for size 之后，會導(dǎo)致程序變大，從而原來默認(rèn)的 SPL 的大?。?x8000）不能容納實(shí)際 SPL 大小，進(jìn)一步導(dǎo)致了 U-Boot 無法啟動。因此，這里我們必須要修改 U-Boot 的基地址。目前，有如下地方需要修改（圖里面的 stm32f769-eval 是我移植的，上文暫時(shí)還沒有更換）：
在這里插入圖片描述

修改設(shè)備樹配置

??接下來還有個(gè)問題：在啟動調(diào)試之后，調(diào)試的程序在調(diào)試時(shí)只能執(zhí)行一部分代碼，此后就會失敗，而且如果不調(diào)試想要直接運(yùn)行是無法直接啟動！具體現(xiàn)象如下圖所示：
在這里插入圖片描述
根本原因是由于調(diào)試的程序有沒有設(shè)備樹！默認(rèn)情況下，U-Boot 的可執(zhí)行程序是 bin 后拼接上 dtb 組成的，而我們調(diào)試的程序只有 bin，沒有 dtb！解決方法如下有如下兩種：

將設(shè)備樹直接編譯進(jìn) U-Boot 的 bin 文件中，而不是將設(shè)備樹單獨(dú)出來！U-Boot 本身就有這方面的配置，具體如下：

如果執(zhí)行過 make distclean 那么每次都需要重新配置上面的選項(xiàng)。
在 eclipse 中指定設(shè)備樹地址。如果使用的是 U-Boot 默認(rèn)的分離設(shè)備樹模式，那么在編譯成功之后，會在源碼的根目錄下生成 u-boot.dtb ，這個(gè)就是設(shè)備數(shù)編譯之后的文件，而我們可執(zhí)行程序的結(jié)束地址可以從源碼的根目錄下的 u-boot.map 文件中的 __end 符號找到。

有了 u-boot.dtb 和 __end 之后，我們就可以在 eclipse 中通過命令來解決：

如果 U-Boot 的可執(zhí)行程序大小有變化，每次都需要更改這里！而且在剛開始啟動調(diào)試時(shí)，eclipse 會報(bào)一個(gè)錯(cuò)誤，稍等一會即可正常進(jìn)入調(diào)試。

??經(jīng)過以上兩種方法的任意一種，再次啟動調(diào)試時(shí)，就可以正常執(zhí)行 board_inti_f 這個(gè)函數(shù)了！注意，由于這個(gè)函數(shù)里包含很多接口，執(zhí)行速度可能有些慢！

重定位配置

??接下來的問題就是內(nèi)存重定位，U-Boot 中存在一段內(nèi)存重定位的代碼，重定位之后將導(dǎo)致調(diào)試失敗！這主要是因?yàn)?，在重定位之后，eclipse 正確加載符號表中的各符號。
在這里插入圖片描述
??目前，我還沒有找到比較好的解決方法，官網(wǎng)推薦的方法是 使用 gdb 命令行來手動加載符號表 。命令非常簡單：add-symbol-file u-boot 重定位后的地址。重定位后的地址就位于 gd 中的成員變量 unsigned long relocaddr; 中。
在這里插入圖片描述

調(diào)試

??經(jīng)過上面的配置之后，我們就可以使用 eclipse 對 U-Boot 進(jìn)行調(diào)試了。這里需要注意的是，我們調(diào)試的如果是 U-Boot 本身，需要現(xiàn)將 SPL 燒寫好，當(dāng)然我們也可以調(diào)試 SPL。啟動調(diào)試如下圖所示：
在這里插入圖片描述

參考

https:///debugging-using-segger-j-link-jtag/
https://www.cnblogs.com/humaoxiao/p/4166230.html
https:///blog/2021/09/19/how-to-debug-u-boot/
https://community./products/devtools/single-board-computers/riotboard/b/blog/posts/automate-uboot-build-with-eclipse
https:///article/68662419084/

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來自：看見就非常 > 《OS操作系統(tǒng)》

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