0. 关键词

debug raspberry pi bcm2835 armv6 linux kernel J-Link jtag gdb

1. 摘要

gdb是一款开源debugger，调试的事实标准，gdb可以帮助开发者快速定位问题。

gdb也可以作为阅读源码的工具，可以非常方便的查看运行时上下文，跳转所见即所得。因此，在嵌入式系统或底层开发中，gdb必不可少。
linux内核作为操作系统调试起来有一定特殊性，不能直接在本地gdb调试，需要一个host和一个target远程调试。

远程调试内核主要有三种方式，一种是内置派，通过Kgdb这种内核内置的模块。一种是虚拟派，通过把内核跑在类似qemu的虚拟机上。最后一种是硬件派，这是嵌入式设备上最常用的调试方式，通过连接jtag调试。

前两种多少都会受到软件的限制，而最后一种方式由硬件来实现，最直接。

2. rpi+jlink的优势

成本和流行的平衡，raspberry pi搭载的bcm2835是目前比较流行的soc，且资料较为完善，

armv6架构，比s3c2440要新很多，S3C2440架构是arm9，资料很丰富，但目前好像也只有周立功还在推这个老旧SoC作为学习平台。
而相对比较新的单板计算机例如树莓派3，其架构为a53，只能用昂贵的jlink v11。

我这里选择的jtag为jlink v9 非常便宜daobanchangkuang，由于来自深圳的科技，淘宝才不到100块，不喜欢黑又粗外观的还可以选择定制化的小板。

3. 硬件准备

3.1 清单

• micro sd card
• SEGGER J-Link V9
• pl2303/ch340 usb uart adapter
• raspberry pi 1A (bcm2835)

3.2 接线方式

接线方式可以参考segger官网Interface Description和树莓派specRPi BCM2835 GPIOs，
因为rpi1A只有26个pin，主板上没有引出GPIO26，只得改用GPIO4来替换，rpi1B+则无需改动。

4. 环境配置

4.1 buildroot制作Linux镜像

我们需要在 /boot/config.txt 使能jtag，bcm2835的VideoCore读取配置之后，就可以对GPIO作出相应的设置。(否则另一种方式是由arm核配置GPIO，需要改动linux kernel 启动代码)。

配置参数具体参考enable_jtag_gpio
这里可以使用我写好的buildroot recipe，我在这个基础上超级精简了linux kernel，缩短编译时间，同时开启debug选项。

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git clone https://github.com/996refuse/rpi_bcm2835_minimal.git
git clone https://github.com/buildroot/buildroot

cd buildroot
make BR2_EXTERNAL=../rpi_bcm2835_minimal/ rpi_bcm2835_minimal_defconfig
make

这样，适配bcm2835的Linux镜像就制作完成了，使用dd写到卡上 dd if=output/images/sdcard.img of=/dev/sdX status=progress
然后就可以启动树莓派了

4.2 安装JLinkGDBServer

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dpkg -i JLink_Linux_V618d_x86_64.deb

我这里用的是618d版本，segger官网可以下，太新的版本(2020年后)在调试过程中隔几分钟J-Link就会丢失jtag的连接，并且gdb报错
Program received signal SIGTRAP, Trace/breakpoint trap
(这个问题我搞了好久，一直以为是linux kernel有关cpu idle实现的问题，Debugging-Linux-Kernel-over-JTAG-with-J-Link 这篇文章误导了我。后来发现其实降版本就可以稳定了)

启动JLinkGDBServer

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JLinkGDBServer -select USB -device arm11

此时GDB Server 会在监听2331端口，等待gdb连接

4.3 安装和使用gdb

上位机不是arm架构的话，需要交叉编译gdb的时候设置target为arm-linux-gnueabi (顺便加上python支持，后面gdb scripts会用到，不然又要重rebuild一次)。
如果是Ubuntu系统可以直接安装 gdb-multiarch

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apt install gdb-multiarch

linux kernel为了gdb提供了一下helper function，kernel需开启CONFIG_GDB_SCRIPTS gdb-kernel-debugging ，并加入安全路径

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echo "add-auto-load-safe-path /path/to/linux-build" >> ~/.gdbinit

启动gdb

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cd output/build/linux-custom
gdb-multiarch vmlinux -ex "set gnutarget elf32-littlearm" -ex "target remote :2331"

愉快的开始debug吧！

5. 开源替代

这套方案能极大方便os爱好者尝试和分析系统层的特性和原理，稳定并且很便宜。
缺点在于过度依赖segger的产品。接下来我有时间会尝试openocd和daplink，力图找到完美的开源替代。

1. openocd替换JLinkGDBServer，jlink v9 + openocd 调试树莓派3 Debugging Raspberry Pi 3 with JTAG | SUSE Communities
2. daplink替换jlink

简单记录一下我的经验，希望对大家有帮助