OpenOCD-JTAG调试

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title: OpenOCD-JTAG调试

tags: ARM

date: 2018-10-13 23:36:28

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• title: OpenOCD-JTAG调试tags: ARMdate: 2018-10-13 23:36:28
• Todo
• 概述
• 断点
• 快速使用
  • 测试led的断点
  • NAND调试（进阶）
• OpenOCD
  • 启动OpenOCD
  • OpenOCD命令
  • OpenOCD烧录程序
• GDB
  • GDB命令
  • 使用条件
  • 使用步骤
• Eclipes
  • 使用条件
  • 简单工程
  • 注意
  • u-boot工程
• STM32烧写程序

Todo

• [ ] JTAG 调试linux内核
• [ ] linux下使用OpenOCD调试
• [x] win下使用OpenOCD调试

概述

• 学习文档 韦东山 Eclipse,OpenOCD,OpenJTAGv3.1嵌入式开发教程版本5.pdf

• 硬件连接: PC>JTAG调试器>CPU

• 软件控制:IDE(KEIL/ADS/)> GDB(指令)> OpenOCD(实际命令)> JTAG调试器> 单板

• JTAG控制CPU功能:

  1. 当CPU的地址信号ADDR=xxx，停止CPU-硬件断点
  2. 当CPU的数据信号DATA=xxx,停止CPU--软件断点
  3. 重新运行CPU
  4. 读取R0，..寄存器
  5. 控制外设，内存

• 百问网的OpenJTAG.exe这个GUI实际是封装了openocd.exe命令行

  1. 设置Workdir到程序代码目录
  2. 点击telnet,或者直接cmd输入telnet 127.0.0.1 4444
  3. 使用help查看帮助或者查看`Eclipse,OpenOCD,OpenJTAGv3.1嵌入式开发教程版本5.pdf

断点

• 硬件断点:一个程序只能打两个断点(ARM7)，可以调试ROM，NOR

  设置CPU里面的JTAG比较器，使硬件断点 Addr=A，当CPU发出A地址时停止

  CPU是如何运行？CPU需要取指令，也就是需要发出地址信号去取得指令，JTAG就检测到这个地址

• 软件断点，可以有无数个软件断点.前提是断点的地址可写，所以无法调试NOR，或者ROM上的程序，具体可以看下面的led.c的示例

  1. 设置CPU里面的JTAG比较强，使其值=一个特殊值
  2. 替换掉希望断点位置(A)的值=这个特殊值，做好备份
  3. 当CPU读取到这个特殊值，程序断点
  4. 重新运行时，恢复这个(A)位置的指令

快速使用

常用命令

halt 停止cpu
reg 查看寄存器
mdw 0 //memory display word 查看内存
mww 0 0x12345678 //memory write word
load_image leds.bin 0 //下载程序到0地址，然后可以使用mdw读取0，看看是不是程序的bin
resume 0 //指定地址运行，如果不指定地址，则恢复运行
reset 复位目标板子
reset halt
step 0 //执行第一句话，并halt
step  //单步执行
bp设置断点
bp 0x6c 4 hw  在0x6c的地址位置设置断点，硬件断点
rpb 0x6c 取消断点

测试led的断点

//led.c
void  wait(volatile unsigned long dly)
{
	for(; dly > 0; dly--);
}
int main(void)
{
	unsigned long i = 0;
	GPFCON = GPF4_out|GPF5_out|GPF6_out;
	while(1){
		wait(30000);-------------------尝试在这里断点，就能观察灯的变化
		GPFDAT = (~(i<<4));
		if(++i == 8)
			i = 0;
	}
	return 0;
}
//反汇编摘要
00000044 <main>:
  44:	e52de004 	str	lr, [sp, #-4]!
  48:	e24dd004 	sub	sp, sp, #4	; 0x4
  4c:	e3a03000 	mov	r3, #0	; 0x0
  50:	e58d3000 	str	r3, [sp]
  54:	e3a03456 	mov	r3, #1442840576	; 0x56000000
  58:	e2833050 	add	r3, r3, #80	; 0x50
  5c:	e3a02c15 	mov	r2, #5376	; 0x1500
  60:	e5832000 	str	r2, [r3]
  64:	e3a00c75 	mov	r0, #29952	; 0x7500
  68:	e2800030 	add	r0, r0, #48	; 0x30
  6c:	ebffffe9 	bl	18 <wait>---------------------------尝试在这里断点
  70:	e3a02456 	mov	r2, #1442840576	; 0x56000000
  74:	e2822054 	add	r2, r2, #84	; 0x54
  78:	e59d3000 	ldr	r3, [sp]
  7c:	e1a03203 	mov	r3, r3, lsl #4
  80:	e1e03003 	mvn	r3, r3
  84:	e5823000 	str	r3, [r2]
  88:	e59d3000 	ldr	r3, [sp]
  8c:	e2833001 	add	r3, r3, #1	; 0x1
  90:	e58d3000 	str	r3, [sp]
  94:	e3530008 	cmp	r3, #8	; 0x8
  98:	1afffff1 	bne	64 <main+0x20>
  9c:	e3a03000 	mov	r3, #0	; 0x0
  a0:	e58d3000 	str	r3, [sp]
  a4:	eaffffee 	b	64 <main+0x20>
Disassembly of section .debug_line:

使用openocd命令来调试断点

halt
load_image leds.bin 0 	//下载程序
resume 0 				//指定地址运行，如果不指定地址，则恢复运行
halt
bp 0x6c 4 hw  			//在0x6c的地址位置设置断点，硬件断点
resume					//反复这个断点，就能观察灯的变化了

测试软件断点是否改变ram值

//读取原来的值
> mdw 0x6c
0x0000006c: ebffffe9
//设置软件断点
> bp 0x6c 4
breakpoint set at 0x0000006c
//读回这个ram值，发现改变了
> mdw 0x6c
0x0000006c: deeedeee
//删除这个断点
> rbp 0x6c
//读回来
> mdw 0x6c
0x0000006c: ebffffe9

NAND调试（进阶）

程序概述:

1. 链接地址在0x30000,0000,运行的时候应该位于0x3000,0000
2. 直接烧写程序到内存中，也就是程序运行在0地址.并没有在加载地址
3. 程序功能:main中点灯，但是直接烧录到内部ram，跑飞了
4. 程序的bug在于，所有的代码都应该是位置无关的否则需要搬运代码

.text
.global _start
_start:
			@函数disable_watch_dog, memsetup, init_nand, nand_read_ll在init.c中定义
            ldr     sp, =4096               @设置堆栈
            bl      disable_watch_dog       @关WATCH DOG
            bl      memsetup                @初始化SDRAM
            bl      nand_init               @初始化NAND Flash
			@将NAND Flash中地址4096开始的1024字节代码(main.c编译得到)复制到SDRAM中
                                            @nand_read_ll函数需要3个参数：
            ldr     r0,     =0x30000000     @1. 目标地址=0x30000000，这是SDRAM的起始地址
            mov     r1,     #0           	@2.  源地址   = 0
            mov     r2,     #4096           @3.  复制长度= 2048(bytes)，
            bl      nand_read               @调用C函数nand_read
            ldr     sp, =0x34000000         @设置栈
            ldr     lr, =halt_loop          @设置返回地址
            ldr     pc, =main               @b指令和bl指令只能前后跳转32M的范围
            								@，所以这里使用向pc赋值的方法进行跳转
halt_loop:
            b       halt_loop

bug原因:mem_cfg_val是在栈，是位置无关的，但是他的初始值是去在链接地址取的，也就是0x3000000后面

void memsetup()
{
    unsigned long  const    mem_cfg_val[]={ 0x22011110,     //BWSCON
                                            0x00000700,     //BANKCON0
                                            0x00000700,     //BANKCON1
                                            0x00000700,     //BANKCON2
                                            0x00000700,     //BANKCON3
                                            0x00000700,     //BANKCON4
                                            0x00000700,     //BANKCON5
                                            0x00018005,     //BANKCON6
                                            0x00018005,     //BANKCON7
                                            0x008C07A3,     //REFRESH
                                            0x000000B1,     //BANKSIZE
                                            0x00000030,     //MRSRB6
                                            0x00000030,     //MRSRB7
                                    };
}

调试开始

>reset halt
> load_image nand.bin 0
1520 bytes written at address 0x00000000
downloaded 1520 bytes in 0.063003s (23.560 KiB/s)

执行第一句话step 0也就是执行mov sp, #4096 ; 0x1000，可以使用reg看到sp=0x1000

step执行跳转，可以发现pc=0x38,对应汇编

30000000 <_start>:
30000000:	e3a0da01 	mov	sp, #4096	; 0x1000
30000004:	eb00000b 	bl	30000038 <disable_watch_dog>

然后一步一步step，并使用poll查看当前pc值等，使用mdw查看该设置的内存

跳转到memsetup，pc=0x08,反汇编先入栈，可以发现sp=4096-5*4=4076=0xFEC

可以使用 step 0,然后设置 bp 0x50 4 hw 断点 直接跳到想到的位置

然后在汇编代码，发现问题了

// ip=300005bc
30000050:	e1a0400c 	mov	r4, ip
30000054:	e8b4000f 	ldmia	r4!, {r0, r1, r2, r3}
//从r4中指向的内存给r0~r3
//也就是说从 300005bc读取一些数据，但是这个时候300005bc（sdram）并没有被初始化且进行代码搬运，所以这里的数据肯定有问题
//这里的其实就是那个局部数组的值 mem_cfg_val
300005bc <.rodata>:
300005bc:	22011110 	andcs	r1, r1, #4	; 0x4
300005c0:	00000700 	andeq	r0, r0, r0, lsl #14
300005c4:	00000700 	andeq	r0, r0, r0, lsl #14
300005c8:	00000700 	andeq	r0, r0, r0, lsl #14
300005cc:	00000700 	andeq	r0, r0, r0, lsl #14
300005d0:	00000700 	andeq	r0, r0, r0, lsl #14
300005d4:	00000700 	andeq	r0, r0, r0, lsl #14
300005d8:	00018005 	andeq	r8, r1, r5
300005dc:	00018005 	andeq	r8, r1, r5
300005e0:	008c07a3 	addeq	r0, ip, r3, lsr #15
300005e4:	000000b1 	streqh	r0, [r0], -r1
300005e8:	00000030 	andeq	r0, r0, r0, lsr r0
300005ec:	00000030 	andeq	r0, r0, r0, lsr r0
Disassembly of section .comment:

OpenOCD

全称是（Open On-Chip Debugger）

使用前都需要打开OpenOCD,连接上开发板，然后打开telent,或者使用命令telnet 127.0.0.1 4444

启动OpenOCD

专家模式:对应比较自由高级的配置，我们一般直接用普通模式即可

• Interface对应 OpenOCD\0.4.0\interface`中的选项
• Target对应OpenOCD\0.4.0\ target和OpenOCD\0.4.0\board

启用telnet

Win7默认没有打开这个功能，需要在程序和功能>打开或关闭 windows 功能> TelentClient打开

OpenOCD命令

这些命令都在telnet中运行，官方命令索引在这里，PDF文档OpenOCD User's Guide.pdf

• 记住的命令

  reset halt
  resume
  step
  load_image
  

• 目标板状态处理命令(Target state handling)

  poll 查询目标板当前状态
  halt 中断目标板的运行
  resume [address] 恢复目标板的运行，如果指定了 address，则从 address 处开始运行
  step [address] 单步执行，如果指定了 address，则从 address 处开始执行一条指令
  reset 复位目标板
  

• 断点命令

  bp <addr> <length> [hw] 在地址 addr 处设置断点，指令长度为 length， hw 表示硬件断点
  rbp <addr> 删除地址 addr 处的断点 内存访问指令(Memory access commands)
  

• 内存访问指令(Memory access commands)

  mdw ['phys'] <addr> [count] 显示从(物理)地址 addr 开始的 count(缺省是 1)个字(4 字节)
  mdh ['phys'] <addr> [count] 显示从(物理)地址 addr 开始的 count(缺省是 1)个半字(2 字节)
  mdb ['phys'] <addr> [count] 显示从(物理)地址 addr 开始的 count(缺省是 1)个字节
  mww ['phys'] <addr> <value> 向(物理)地址 addr 写入一个字，值为 value
  mwh ['phys'] <addr> <value> 向(物理)地址 addr 写入一个半字，值为 value
  mwb ['phys'] <addr> <value> 向(物理)地址 addr 写入一个字节，值为 value
  

• 内存装载命令，注意:下载程序之前先使用“ halt” 命令暂停单板，才能下载代码；如果使用“ poll” 命令发现单板的 MMU 或 D-cache 已经使能，则需要使用“ arm920t cp15 2 0” 、“ step”两条命令禁止 MMU 和 D-cache。

  load_image <file> <address> [‘bin’|‘ihex’|‘elf’]
  ======将文件<file>载入地址为 address 的内存，格式有‘bin’、 ‘ihex’、 ‘elf’
  dump_image <file> <address> <size>
  ======将内存从地址 address 开始的 size 字节数据读出，保存到文件<file>中
  verify_image <file> <address> [‘bin’|‘ihex’|‘elf’]
  ======将文件<file>与内存 address 开始的数据进行比较，格式有‘bin’、 ‘ihex’、 ‘elf’
  

• CPU 架构相关命令(Architecture Specific Commands)

  reg 打印寄存器的值
  arm7_9 fast_memory_access ['enable'|'disable']
  =======使能或禁止“快速的内存访问”
  arm mcr cpnum op1 CRn op2 CRm value 修改协处理器的寄存器
  =======比如： arm mcr 15 0 1 0 0 0 关闭 MMU
  arm mrc cpnum op1 CRn op2 CRm 读出协处理器的寄存器
  =======比如： arm mcr 15 0 1 0 0 读出 cp15 协处理器的寄存器 1
  arm920t cp15 regnum [value] 修改或读取 cp15 协处理器的寄存器
  =======比如 arm920t cp15 2 0 关闭 MMU
  

• 其他命令

  script <file> 执行 file 文件中的命令
  

OpenOCD烧录程序

load_image <file> <address> [‘bin’|‘ihex’|‘elf’]
======将文件<file>载入地址为 address 的内存，格式有‘bin’、 ‘ihex’、 ‘elf’
====load_image led.bin 0

SDRAM初始化

OpenOCD可以快速读写SDRAM，前提是需要程序先初始化好SDRAM,这样之后可以烧录u-boot到sdram，然后通过u-boot烧录其他大程序.这里需要一段初始化sdram的位置无关的代码init.bin

//从 Nand Flash 启动
load_image init/init.bin 0x0
resume 0x0
//NOR 启动
load_image init/init.bin 0x40000000
resume 0x40000000

烧录u-boot,之后打开串口，就能看到跑起来了

halt
load_image u-boot/u-boot.bin 0x33f80000
resume 0x33f80000

uboot烧录其他程序(led/uboot)

• u-boot 的命令把所有的数字当作 16 进制，所以不管是否在数字前加前缀“ 0x”，这个数
  
  字都是 16 进制的。
• 擦除 Flash 的长度、烧写的数据长度，这些数值都是根据要烧写的
  
  文件的长度确定的。 u-boot.bin 的长度是 178704 字节，即 0x2BA10 字节，使用的长
  
  度都是 0x30000，一是为了与 Flash 的可擦除长度相配(16K 的整数倍)，二是方便。

GDB

• linux下 arm-linux-gdb,win下arm-elf-gdb

arm-elf-gdb nand_elf
target remote 127.0.0.1:3333
load

GDB命令

启动/退出
gdb [FILE] arm-elf-gdb [FILE] arm-linux-gdb [FILE]	启动 gdb，调试 FILE(也可以先不指定文件)
quit	退出 gdb
target remote ip:port	远程连接
文件操作
file	载入文件 FILE，注意：不会下载到单板上
load [FILE]	把文件下载到单板上，如果不指定 FILE，则下载之前指定 过的(比如 file 命令指定的，或是 gdb 运行时指定的文件)
查看源程序
list	列出某个函数
list	以当前源文件的某行为中间显示一段源程序
list	接着前一次继续显示
break *	在某个地址上设置断点，比如 break *0x84
list -	显示前一次之前的源程序
list FILENAME:FUNCTION list FILENAME:LINENUM	显示指定文件的一段程序
info source	查看当前源程序
info stack	查看堆栈信息
info args	查看当前的参数
断点操作
break	在函数入口设置断点
break	在当前源文件的某一行上设置断点
break FILENAME:LINENUM	在指定源文件的某一行上设置断点
info br	查看断点
delete	删除断点
diable	禁止断点
enable	使能断点
监视点(watch)操作
watch	当指定变量被写时，程序被停止
rwatch	当指定变量被读时，程序被停止
数据操作
print < EXPRESSION >	查看数据
set varible=value	设置变量
x /NFU ADDR	检查内存值 ① N 代表重复数 ② F 代表输出格式 x ： 16 进制整数格式 d ： 有符号十进制整数格式 u ： 无符号十进制整数格式 f ： 浮点数格式 ③ U 代表输出格式： b ：字节(byte) h ：双字节数值 w ：四字节数值 g ：八字节数值 比如“ x /4ub 0x0”将会显示 0 地址开始到 4 个字节
执行程序
step next nexti	都是单步执行： step 会跟踪进入一个函数， next 指令则不会进入函数 nexti 执行一条汇编指令
continue	继续执行程序，加载程序后也可以用来启动程序
帮助
help [command]	列出帮助信息，或是列出某个命令的帮助信
其他命令
monitor <command …>	调用 gdb 服务器软件的命令，比如：“ monitor mdw 0x0” 就是调用 openocd 本身的命令“ mdw 0x0”

使用条件

1. 代码已经重定位，处于它的链接地址.为什么？【在源文件设置断点，其实是在链接地址设置断点，是根据链接地址去修改内存（软断点）】

2. 链接脚本必须是按照固定格式text，data,bss分开

3. 被调试的程序中含有debug信息，也就是编译elf时有-g选项

   %.o:%.c
   	arm-linux-gcc -Wall -c -g -O2 -o $@ $<
   %.o:%.S
   	arm-linux-gcc -Wall -c -g -O2 -o $@ $<
   

4. FAQ: 无法调试重定位的代码，那么代码搬运与sdram初始化怎么办？ 使用opencod来执行,也就是再弄一个程序初始化sdram，使用openocd烧录

使用步骤

1. 打开openocd,打开telent

2. 如果是需要使用sdram的程序，则先在OpenOCD中先下载初始化sdram的程序

   > load_image init/init.bin 0
   > resume 0
   > halt
   target state: halted
   target halted in ARM state due to debug-request, current mode: Supervisor
   cpsr: 0x200000d3 pc: 0x000000b8
   MMU: disabled, D-Cache: disabled, I-Cache: enabled
   // 测试一下 sdram可用
   > mdw 0x30000000
   0x30000000: ea000017
   > mww 0x30000000 0x12345678
   > mdw 0x30000000
   0x30000000: 12345678
   

3. 打开cmd，输入arn-elf-gdb leds_elf启动gdb，指定程序

4. 连接到OpenOCDtarget remote 127.0.0.1:3333

5. 下载程序load

直接使用命令脚本 gdb.init : arm-elf-gdb -x gdb.init leds_elf

target remote localhost:3333
monitor halt
monitor arm920t cp15 2 0
monitor step
load
break main
continue

注意 gdb运行之后没有断点之后停不了了，需要在telnet使用halt,然后GDB界面才能继续输入

常用命令

si 执行一条指令
braek main.c:21 //在main.c的21行打断点
c 或者 continue 继续运行
print i  //查看变量值

Eclipes

Eclipse 是 gdb(包括 arm-elf-gdb, arm-linux-gdb)的图形化前台，使用 Eclipse 进行调试实质

上是使用 gdb 进行调试。

使用 gdb 进行调试时， gdb 会用到程序的链接地址。比如在 main 函数打断点， gdb 会根

据 main 函数的链接地址找到内存上对应的指令，修改这条指令为一条特殊的指令。当程序执

行到这条特殊的指令时，就会停止下来。[也就是软件断点]

使用条件

1. 程序应该位于它的链接地址上
2. 如果用到SDRAM，先初始化SDRAM，然后下载程序到链接地址

简单工程

1. 点击图标 Workbench

2. 新建一个C工程File -> New -> C Project，选择 “ Makefile project->Empty Projects”、“ Other Toolchain”

3. 导入文件在 File -> Import中的General>File System

4. 工程设置

   • 在“ Project” 菜单里，点击去掉“ Build Automatically”前面的标
     
     记，表示不自动编译工程

   • 在“ Project” 菜单里，点击clean，去除Start a build immediately

5. 编译，其实在目录下直接make也是可以的了，已经安装后工具链了

   • 使用Project中的build all和build project都可以了
   • 使用clean也行了
   • 注意，make是不一样的，一个是arm-linux,另一个是arm-elf

6. 调试配置

   • 参考下面uboot的图配，非uboot不需要配置source选项，命令行也不需要第一个路径配置

   • 去除debug中的stop on startup at main

   • project> debug config选择 Zylin Native，new或者双击都可以，出现配置

   • Main> C/C++ Application选择调试的elfleds.elf

   • Debugger> Debugger选择EmbeddedGDB,下面的main选择arm-elf-gdb或者是 C:\Program Files\yagarto\bin\arm-elf-gdb.exe

   • GDB command file 可以选择，也可以不选，其实就是提前运行的命令

     target remote localhost:3333
     monitor halt
     monitor arm mcr 15 0 1 0 0 0
     monitor step 0
     load
     break main
     continue
     

     但是虽然这里设置了断点，貌似有点问题，依然需要在command输入

     load
     break main
     continue
     

注意

如果有时候没有看到debug窗口，右上角点一下debug视图，然后F5试试

有时候使用clean，需要看下是不是有debug存在着，需要关掉

u-boot工程

调试网上下载的 u-boot 时，需要定义 CONFIG_SKIP_LOWLEVEL_INIT，它表示

“跳过底层的初始始化”，就是不要初始化存储控制器，不要再次复制 u-boot 本身到 SDRAM

中。对于韦东山的的 u-boot，已经增加的自动识别代码，无需定义这个宏。

1. import相关文件

2. 设置命令如下，这个是为了建立路径对应

   set substitute-path /work/eclipse_projects/u-boot/u-boot-1.1.6_OpenJTAG E:/Eeclipse_projects/u-boot/u-boot-1.1.6_OpenJTAG
   load
   break start_armboot
   c
   

   然后再source中删除原来的default，添加如下（这个实际是上面的命令在生效）

   \work\projects\OpenPDA\u-boot-1.1.6_OpenJTAG
   E:\Eeclipse_projects\u-boot\u-boot-1.1.6_OpenJTAG\
   

   

STM32烧写程序

halt
flash probe 0
flash write_image erase STM3210B.bin 0x08000000
verify_image STM3210B.bin 0x08000000