RTEMS任務(wù)級別調(diào)試技術(shù)研究
為了實現(xiàn)面向RTEMS任務(wù)的調(diào)試手段,將調(diào)試相關(guān)服務(wù)抽象成RTEMS任務(wù)和RTEMS中斷處理程序。這樣調(diào)試服務(wù)也將作為任務(wù)被RTEMS系統(tǒng)調(diào)度,當(dāng)沒有調(diào)試需求的時候,這些任務(wù)處于不可調(diào)度狀態(tài),不影響整個系統(tǒng)的運行。調(diào)試服務(wù)由以下三部分組成:
初始化任務(wù),負責(zé)整個RTEMS調(diào)試服務(wù)的啟動。
命令處理任務(wù),與GDB交互,執(zhí)行命令,并回復(fù)執(zhí)行結(jié)果。
事件處理程序,獲取任務(wù)中斷信號,通知GDB被調(diào)試任務(wù)的狀態(tài)。
這三部分的邏輯關(guān)系如圖4所示。本文引用地址:http://2s4d.com/article/188740.htm
4.1 調(diào)試任務(wù)說明
(1)初始化任務(wù)
初始化任務(wù)負責(zé)整個RTEMS調(diào)試服務(wù)的啟動。它首先對GDB和調(diào)試服務(wù)之間的通信路徑(串口或者網(wǎng)絡(luò)接口)進行初始化,然后建立命令處理任務(wù),并將事件處理程序與對應(yīng)的軟中斷掛接起來。在初始化一切正常的情況下,初始化任務(wù)的歷史使命徹底完成,它將自己刪除。
(2)命令處理任務(wù)
命令處理任務(wù)由初始化任務(wù)建立。當(dāng)GDB有命令到來的時候它被喚醒,接受命令,執(zhí)行命令,并將執(zhí)行結(jié)果發(fā)送回GDB。
現(xiàn)在整個調(diào)試服務(wù)都建立在RTEMS任務(wù)機制之上,又由于RTEMS支持POSIX接口規(guī)范,在“執(zhí)行命令”階段使用ptrace之類的系統(tǒng)調(diào)用來控制被調(diào)試任務(wù)是更好的選擇。它可以降低調(diào)試服務(wù)和硬件平臺的關(guān)聯(lián)性,易于調(diào)試服務(wù)的移植和擴展。
在GDB發(fā)送繼續(xù)執(zhí)行命令(c命令或者s命令)的時候,命令處理程序?qū)θ中盘柫緿ebugEvent進行一次V操作,使被調(diào)試程序成為可調(diào)度任務(wù)。
(3)事件處理程序
事件處理程序不是一個任務(wù),而是一個軟中斷處理程序。當(dāng)被調(diào)試程序遇到斷點(軟中斷命令)的時候,處理器會轉(zhuǎn)到事件處理程序上來。在STUB調(diào)試模式中,基本所有調(diào)試功能都在這個程序中完成,這就阻礙了RTEMS系統(tǒng)以及系統(tǒng)中其他任務(wù)的運行。
現(xiàn)在,事件處理程序只是報告GDB被調(diào)試程序中斷發(fā)生,然后將對全局信號量DebugEvent進行一次P操作,使被調(diào)試任務(wù)進入不可調(diào)度狀態(tài)。
在此要注意軟中斷的性質(zhì),它不同于真正的外部中斷。用操作系統(tǒng)接口的概念來類比將更容易理解:當(dāng)遇到一個軟中斷的時候,RTEMS將堆棧轉(zhuǎn)換成對應(yīng)任務(wù)的系統(tǒng)堆棧,但是此時仍然處于任務(wù)上下文當(dāng)中,那么當(dāng)然也就可以在事件處理程序中睡眠。
4.2 調(diào)試任務(wù)同步關(guān)系
通過任務(wù)優(yōu)先等級和信號量來維持調(diào)試系統(tǒng)任務(wù)之間的同步關(guān)系。
首先,初始化任務(wù)和命令處理任務(wù)擁有相同的優(yōu)先級――RTEMS中最高的優(yōu)先級,其他所有應(yīng)用的優(yōu)先級都要低于此優(yōu)先級,不能等于。這樣就保證了GDB送來調(diào)試命令的時候,命令處理任務(wù)能夠及時反應(yīng)。
其次,使用全局DebugEvent信號量來控制被調(diào)試任務(wù)的調(diào)度狀態(tài)。每次遇到斷點,被調(diào)試任務(wù)進入事件處理程序(可看作是一個系統(tǒng)調(diào)用陷入)中,阻塞在事件處理程序的P操作之上。當(dāng)命令處理任務(wù)收到被調(diào)試任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行的命令時,對DebtagEvent信號量進行V操作,使被調(diào)試任務(wù)重新可調(diào)度。
最終調(diào)試服務(wù)的運行狀態(tài)是:初始化任務(wù)在系統(tǒng)運行之初就刪除了自己;在GDB不發(fā)送命令的時候,命令處理任務(wù)處于阻塞態(tài),此時,RTEMS系統(tǒng)正常運行。當(dāng)被調(diào)試任務(wù)遇到斷點的時候,被調(diào)試任務(wù)阻塞在對Debu―gEvent信號量的P操作上,GDB得到被調(diào)試任務(wù)狀態(tài)變化的通知,用戶開始下達調(diào)試命令。GDB通過RSP傳送給被調(diào)試端的每一條命令,都會將命令處理任務(wù)喚醒。命令處理位務(wù)迅速執(zhí)行命令,將執(zhí)行結(jié)果回復(fù),然后重新進入到阻塞狀態(tài),等待下一條命令的到來。如果收到被調(diào)試任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行的命令,命令處理任務(wù)對DebugEvent信號量進行V操作,使被調(diào)試任務(wù)得以繼續(xù)被調(diào)度。
4.3 其他相關(guān)問題
第一個斷點:為了不讓被調(diào)試任務(wù)一下子運行到結(jié)尾(不給調(diào)試服務(wù)任何的執(zhí)行機會),需要在被調(diào)試任務(wù)的開頭以手工修改代碼的方式加入第一個斷點。斷點往往就是一個指定的軟中斷匯編指令(以i386為例,軟中斷對應(yīng)匯編指令“int 3”)。此時,用戶可以通過GDB遠程下達調(diào)試命令,對被調(diào)程序進行正常調(diào)試,并設(shè)置后繼的斷點??烧{(diào)試代碼范圍:首先,調(diào)試服務(wù)中用到的代碼都是不可以被設(shè)置斷點的,這樣會引起調(diào)試服務(wù)的遞歸調(diào)用,系統(tǒng)會直接崩潰。其次,要避免在多個任務(wù)重入的代碼中設(shè)置斷點,這樣有可能多個任務(wù)向GDB匯報遇到了斷點,產(chǎn)生混亂。
結(jié) 語
本文對RTEMS操作系統(tǒng)的調(diào)試手段進行了探討。其中STUB調(diào)試方式比較成熟,可以參考GDB源碼中的./gdb/i386一stub.c來理解STUB的工作方式。在此基礎(chǔ)上,本文提出了面向任務(wù)的調(diào)試方式,在思路上延續(xù)STUB的路線,將調(diào)試服務(wù)分散到RTEMS任務(wù)和RTEMS軟中斷服務(wù)中去,實現(xiàn)了簡單實用的面向任務(wù)的RTEMS調(diào)試手段。
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