全志D1s裸机开发之体验第一个程序

news/2024/4/21 14:07:33/文章来源:https://blog.csdn.net/weixin_43094346/article/details/136557600

体验第一个程序

2.1 编译烧录运行

2.1.1 编译

先进入源码目录,打开 Git Bash,如下图操作:

在这里插入图片描述

然后在 Git Bash 中执行 make 命令,可以生成 benos_payload.bin 文件,如下图所示:

在这里插入图片描述

2.1.2 烧录运行

使用 2 条 USB 线,分别连接开发板的 3.OTG烧录接口4.调试&串口接口 ,使用串口工具打开串口,波特率设为 115200 , 8 个数据位,1 个停止位,不使用流量控制。

烧录方法如下:

① 先让开发板进入烧录模式:

方法为:先按住 2.烧录模式按键 不松开,然后按下、松开 5.系统复位按键 ,最后松开 2.烧录模式按键

② 然后在 Git Bash 开执行 make burn 命令

如下图所示:

在这里插入图片描述

烧写成功后,按下、松开 5.系统复位按键 即可启动程序,可以在串口看到输出信息:

在这里插入图片描述

2.2 调试

2.2.1 GDB 常用命令

使用 GDB 调试时,涉及两个软件:

① 在 Git Bash 中运行的 riscv64-unknown-elf-gdb :它发出各类调试命令,比如连接调试服务软件 (T-HeadDebugServer) 、单步运行、查看变量等等

② T-HeadDebugServer :它就是“调试服务软件”,负责接收、处理各类调试命令

常见的命令如下表所示:

命令简写形式说明
target连接调试服务器,比如: target remote 127.0.0.1:1025
runr运行程序
continuec、cont继续运行
breakb设置断点,比如: b sbi_main.c:121 b sbi_main b *0x20000
deleted删除断点
disabledis禁用断点
info breakpointsinfo b显示断点信息
nextn执行下一行
nextini执行下一行(以汇编代码为单位)
steps一次执行一行,包括函数内部
setpisi执行下一行
listl显示函数或行
printp显示表达式,比如: print a print $pc // 打印寄存器 print *0x20000//打印内存 print /x a // 16进制打印
x显示内存内容,比如: x 0x20000 x /x 0x20000 //16进制
info registersinfor r打印所有寄存器的值
set设置变量,比如: set var a=1 set *(unsigned int *)0x28000 = 0x55555555 set var $pc=0x22000
finish运行到函数结束
helph显示帮助一览
backtracebt、where显示 backtrace
symbol-file加载符号表,比如 symbol-file benos.elf

2.2.2 benos_payload 程序组成

《RISC-V体系结构编程与实践》中的代码分为两部分:

① mysbi.elf:运行于 M 模式的底层软件,提供各种系统服务

② benos.elf:运行于 S 模式的应用软件

benos_payload 是这两部分程序的组合:

2.2.2 benos_payload 程序组成

《RISC-V体系结构编程与实践》中的代码分为两部分:

① mysbi.elf:运行于 M 模式的底层软件,提供各种系统服务

② benos.elf:运行于 S 模式的应用软件

benos_payload 是这两部分程序的组合:

benos_payload.elf = mysbi.elf + benos.elf
benos_payload.bin = mysbi.bin + benos.bin

烧写、运行 benos_payload.bin 时,会先运行 mysbi 程序, mysbi 再启动 benos 。调试 benos_payload.elf 时,我们可以先调试 mysbi ,等 benos 启动后再调试 benos。

2.2.3 调试准备工作

首先,启动 CKLink 的调试功能,方法为:把下图中蓝色箭头所指的拨码开关上的薄膜撕开,把所有拨码开关拨向左边(USB接口那边):

在这里插入图片描述

然后,启动调试服务软件 T-HeadDebugServer ,它会自动检测到芯片,如下图所示:

在这里插入图片描述

如果没有上图所示信息,有多种可能:

① 没有自动识别:

可以手动识别,如下图所示:

在这里插入图片描述

② 板子上的程序有 Bug ,导致板子死机了:可以让板子先进入烧录模式,再按照步骤①操作

③ 提示 1025 端口被占用:运行任务管理器,把所有 T-HeadDebugServer 杀掉,再重新运行 T-HeadDebugServer

T-HeadDebugServer 识别出芯片后,就可以调试程序了,有 2 种方式:

① 使用命令行模式调试

② 使用 TUI 模式调试

2.2.4 命令行调试示例

T-HeadDebugServer 识别出芯片后,就可以在 Git Bash 里执行 riscv64-unknown-elf-gdb benos_payload.elf 来调试程序了。

示例如下:

weidongshan@DESKTOP-TP8DH2I MINGW64 /d/abc/riscv_programming_practice/chapter_2/benos (DongShanPI_D1)
$ riscv64-unknown-elf-gdb benos_payload.elf
Reading symbols from benos_payload.elf...
(gdb) target remote 127.0.0.1:1025       // 连接调试服务软件
Remote debugging using 127.0.0.1:1025
0x000000000000a22a in ?? ()
(gdb) load   // 加载benos_payload.elf
Loading section .text.boot, size 0x44 lma 0x20000section progress: 100.0%, total progress:  0.38%
Loading section .text, size 0x538 lma 0x20044section progress: 100.0%, total progress:  7.81%
Loading section .rodata, size 0xc0 lma 0x2057csection progress: 100.0%, total progress:  8.88%
Loading section .data, size 0x1000 lma 0x21000section progress: 100.0%, total progress: 31.66%
Loading section .payload, size 0x3000 lma 0x22000section progress: 100.0%, total progress: 100.00%
Start address 0x0000000000020000, load size 17980
Transfer rate: 209 KB/sec, 1997 bytes/write.
(gdb) x /x 0x20000   // 检查0x20000是否被正确写入,
// 我们调试程序时可能因为上次的死机导致无法load
// 这时可以让板子进入烧录模式,再重新连接、重新加载
0x20000 <text_begin>:   0x0300006f
(gdb) b sbi_main   // 设置断点为sbi_main函数
Breakpoint 1 at 0x204bc: file sbi/sbi_main.c, line 80.
(gdb) c            // 执行
Continuing.Breakpoint 1, sbi_main () at sbi/sbi_main.c:80
80              sbi_set_pmp(0, 0, -1UL, PMP_RWX);
(gdb) n        // 下一步
84              val = read_csr(mstatus);
(gdb) b sbi_main.c:102    // 设置断点为sbi_main.c的102行
Breakpoint 2 at 0x20564: file sbi/sbi_main.c, line 102.
(gdb) info b    // 查看所有断点
Num     Type           Disp Enb Address            What
1       breakpoint     keep y   0x00000000000204bc in sbi_mainat sbi/sbi_main.c:80breakpoint already hit 1 time
2       breakpoint     keep y   0x0000000000020564 in sbi_mainat sbi/sbi_main.c:102
(gdb) i b    // 查看所有断点,简写的命令
Num     Type           Disp Enb Address            What
1       breakpoint     keep y   0x00000000000204bc in sbi_mainat sbi/sbi_main.c:80breakpoint already hit 1 time
2       breakpoint     keep y   0x0000000000020564 in sbi_mainat sbi/sbi_main.c:102
(gdb) c   // 继续执行
Continuing.Breakpoint 2, sbi_main () at sbi/sbi_main.c:102  // 碰到断点了
// 执行完下一句代码就会跳到benos程序
102             asm volatile("mret");
(gdb) si  // 单步执行并进入函数,每次执行一条汇编语句
0x0000000000022000 in payload_bin ()  // 现在要执行另一个程序benos了
(gdb) symbol-file benos.elf  // 读取benos.elf的符号表,否则你调试时无法知道函数、代码等信息
Load new symbol table from "benos.elf"? (y or n) [answered Y; input not from terminal]
Reading symbols from benos.elf...
Error in re-setting breakpoint 1: Function "sbi_main" not defined.
Error in re-setting breakpoint 2: No source file named sbi_main.c.
(gdb) si  // 单步执行并进入函数,每次执行一条汇编语句
9               la sp, stacks_start
(gdb) b kernel_main  // 设置断点为kernel_main函数
Breakpoint 3 at 0x22020: file src/kernel.c, line 6.
(gdb) c    // 继续执行
Continuing.Breakpoint 3, kernel_main () at src/kernel.c:6
6           sys_clock_init();
(gdb) i r   // 列出所有寄存器的值
ra             0x204d0  0x204d0
sp             0x24ff0  0x24ff0
gp             0x0      0x0
tp             0x0      0x0
t0             0x1000   4096
t1             0xfffffffffffff000       -4096
t2             0x109    265
fp             0xa00000900      0xa00000900
s1             0x0      0
a0             0x0      0
a1             0x1f     31
a2             0xffffffffffffffff       -1
a3             0x0      0
a4             0xa00000100      42949673216
a5             0x0      0
a6             0x80     128
a7             0x1c0    448
s2             0x375bff17       928775959
s3             0xff32dec        267595244
s4             0x2eebeffb       787214331
s5             0xffffffffffdf9ffd       -2121731
s6             0x355077ff       894466047
s7             0xffffffffef7eeee9       -276893975
s8             0x27034  159796
s9             0xffffffffe6376ff3       -432574477
s10            0xffffffffb9d37bfc       -1177322500
s11            0x78b47e70       2025094768
t3             0x1      1
t4             0xefe8   61416
t5             0x8001   32769
t6             0x0      0
pc             0x22020  0x22020 <kernel_main+8>
(gdb) l   // 列出代码
1       #include "clock.h"
2       #include "uart.h"
3
4       void kernel_main(void)
5       {
6           sys_clock_init();
7               uart_init();
8
9               while (1) {
10              uart_send_string("Welcome RISC-V!\r\n");
(gdb) l
11                      ;
12              }
13      }
(gdb) c     // 继续执行
Continuing.Program received signal SIGINT, Interrupt. // 按Ctrl+C停止程序
read32 (addr=38797436) at include/io.h:23
23      }
(gdb) quit  // 退出调试

上述调试过程中,用到的命令都有注释,摘抄如下:

$ riscv64-unknown-elf-gdb benos_payload.elf  // 开始调试
(gdb) target remote 127.0.0.1:1025       // 连接调试服务软件
(gdb) load   // 加载benos_payload.elf
(gdb) x /x 0x20000      // 检查0x20000是否被正确写入,
// 我们调试程序时可能因为上次的死机导致无法load
// 这时可以让板子进入烧录模式,再重新连接、重新加载
(gdb) b sbi_main   // 设置断点为sbi_main函数
(gdb) c            // 执行
(gdb) n            // 下一步
(gdb) b sbi_main.c:102    // 设置断点为sbi_main.c的102行
(gdb) info b    // 查看所有断点
(gdb) i b       // 查看所有断点,简写的命令
(gdb) c         // 继续执行
(gdb) si        // 单步执行并进入函数,每次执行一条汇编语句
(gdb) symbol-file benos.elf  // 读取benos.elf的符号表,否则你调试时无法知道函数、代码等信息
(gdb) si  // 单步执行并进入函数,每次执行一条汇编语句
(gdb) b kernel_main  // 设置断点为kernel_main函数
(gdb) c     // 继续执行
(gdb) i r   // 列出所有寄存器的值
(gdb) l     // 列出代码
(gdb) l
(gdb) c     // 继续执行
Program received signal SIGINT, Interrupt. // 按Ctrl+C停止程序
(gdb) quit  // 退出调试

benos_payload.elf 是 2 个程序的组合,调试的要点在于:

① 调试第 1 个程序时,默认从 benos_payload.elf 里得到符号表

② 执行到第 2 个程序时,需要使用 symbol-file benos.elf 命令读取 benos.elf 的符号表,否则你调试时无法知道函数、代码等信息。

③ 怎么知道执行到了第 2 个程序?可以在 sbi_main.c 里如下红框代码处设置断点(比如 b sbi_main.c:102 ),执行到断点后,再执行 si 命令就开始运行第 2 个程序了:

在这里插入图片描述

2.2.5 TUI调试示例

T-HeadDebugServer 识别出芯片后,就可以在 Powershell 里执行 riscv64-unknown-elf-gdb -tui benos_payload.elf 来调试程序了。

注意:在 Git Bash 中无法使用 TUI 功能,需要使用 Powershell 。

先启动 Powershell :进入源码目录后,按住 shift 键同时点击鼠标右键,在弹出的菜单里启动 Powershell ,如下图所示:

在这里插入图片描述

在 Powershell 窗口,执行如下命令即可开始调试:

riscv64-unknown-elf-gdb  -tui  benos_payload.elf

执行上述命令后,可以得到如下界面(源码窗口里的汉字是乱码,暂时无法解决):

在这里插入图片描述

使用 TUI 的便利在于可以方便地观看源码、反汇编码、寄存器,显示这些信息的窗口被称为 layout 。使用以下命令可以显示这些 layout :

① layout src:显示源码窗口

② layout asm:显示汇编窗口

③ layout regs:在之前的窗口上再显示寄存器窗口

④ layout split:显示源码、汇编窗口

⑤ layout next:显示下一个 layout

⑥ layout prev:显示上一个 layout

能输入各类 GDB 命令的窗口是 命令窗口 ,它总是显示的。

要同时显示源码和寄存器,可以执行如下 2 个命令:

layout src
layout regs

要同时显示反汇编码和寄存器,可以执行如下 2 个命令:

layout asm
layout regs

要同时显示源码和反汇编码,可以执行如下命令:

layout split

使用 TUI 模式时,只是方便我们观看源码、反汇编码、寄存器,具体操作还是在命令窗口输入 GDB 命令,请参考《2.2.4 命令行调试示例》。

2.2.6 gdb脚本

如果不想每次执行 riscv64-unknown-elf-gdb benos_payload.elfriscv64-unknown-elf-gdb -tui benos_payload.elf 后,都手工执行以下命令来连接调试服务软件:

(gdb) target remote 127.0.0.1:1025       // 连接调试服务软件

可以把这些命令写入一个名为 .gdbinit 的文件里,注意这个文件名的第 1 个字符是 . ,它表示在 Linux 系统下它是一个隐藏文件。在 Windows 的文件浏览器里我们可以看见它,但是在 Git Bash 里执行 ls 命令看不到它,需要执行 ls -a 命令才能看见。

你可以在 .gdbinit 里放入更多命令,下面是一个例子:

target remote 127.0.0.1:1025
load
b sbi_main.c:102

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