Linux最小系统移植之早期打印CONFIG_DEBUG_LL
一、几个关键宏定义
CONFIG_DEBUG_LL、 CONFIG_DEBUG_LL_INCLUDE
容我慢慢道来， 首先要使能早期打印， menuconfig必须选中CONFIG_DEBUG_LL， 我们再慢慢梳理其他所以宏及代码
/* linux-3.10.65/arch/arm/kernel/Makefile */
obj-$(CONFIG_DEBUG_LL) += debug.o
obj-$(CONFIG_EARLY_PRINTK) += early_printk.o
我们选中“Kernel low-level debugging functions (read help!)” 在linux-3.10.65/arch/arm/Kconfig.debug 中就是DEBUG_LL
在这个选项中发现还有个依赖的子菜单“Kernel low-level debugging port”， 里面有一堆宏定义如AT91_DEBUG_LL_DBGU0、AT91_DEBUG_LL_DBGU1、DEBUG_BCM2835、DEBUG_ICEDCC，
实际上前面3个又依赖其他宏定义所以在menuconfig中只看到几个子选项如下：
这几个子选项用来干嘛呢? 一是代码文件debug.S(obj-$(CONFIG_DEBUG_LL) += debug.o) 会根据子宏定义走不同的分支； 二是这个代码里会引用宏CONFIG_DEBUG_LL_INCLUDE，
这个宏在“linux-3.10.65/arch/arm/Kconfig.debug”中定义如下：
看到没？ 子选项定义的DEBUG_BCM2835 在DEBUG_LL_INCLUDE中被依赖了， 也就是我们移植一个新平台， 需要在子选项定义新的宏， 然后在这添加依赖这个新宏对应的文件， 我们现在就这么做：
/* linux-3.10.65/arch/arm/Kconfig.debug */
choice
prompt "Kernel low-level debugging port"
depends on DEBUG_LL + config VEDIC_DEBUG_LL
+ bool "I just add a test macro" config AT91_DEBUG_LL_DBGU0
bool "Kernel low-level debugging on rm9200, 9260/9g20, 9261/9g10 and 9rl"
depends on HAVE_AT91_DBGU0 config DEBUG_LL_INCLUDE
string
+ default "debug/vedic.S" if VEDIC_DEBUG_LL
default "debug/bcm2835.S" if DEBUG_BCM2835
default "debug/cns3xxx.S" if DEBUG_CNS3XXX
接下来我们在menuconfig选中VEDIC_DEBUG_LL宏和添加新文件vedic.S, 如下：
/* linux-3.10.65/.config */
+CONFIG_DEBUG_LL=y
+CONFIG_VEDIC_DEBUG_LL=y
+CONFIG_DEBUG_LL_INCLUDE="debug/vedic.S"
那这个vedic.S该怎么写呢？ 我们看同目录下（linux-3.10.65/arch//arm/include/debug/）bcm2835.S文件写了什么：
/*
* Debugging macro include header
*
* Copyright (C) 2010 Broadcom
* Copyright (C) 1994-1999 Russell King
* Moved from linux/arch/arm/kernel/debug.S by Ben Dooks
*
* This program is free software; you can redistribute it and/or modify
* it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
* published by the Free Software Foundation.
*
*/ #define BCM2835_DEBUG_PHYS 0x20201000
#define BCM2835_DEBUG_VIRT 0xf0201000 .macro addruart, rp, rv, tmp
ldr \rp, =BCM2835_DEBUG_PHYS
ldr \rv, =BCM2835_DEBUG_VIRT
.endm #include <asm/hardware/debug-pl01x.S>
没错， 就是提供一个函数而已 -> addruart(rp, rv, tmp) ， 其实就是返回参数 -- 串口物理地址和串口虚拟地址， 为什么要提供虚拟地址呢？ 因为在kernel C语言的第一个入口start_kernel()时， 汇编期间已经开启了MMU， CPU取的都是
虚拟地址； 该函数只是返回地址而已， 如果是开启MMU，返回虚拟地址还不够， 还要事前构建好页表， 不然根据虚拟地址也找不到物理地址。 至于具体在哪里构建页表， 待会说， 根据我目前的硬件平台， 提供文件代码如下：
/* linux-3.10.65/arch/arm/include/debug/vedic.S
* phy_addr is fixed of hardware, but virt_addr? Why 0xF5368000
*/ #define VEDIC_DEBUG_PHYS 0x70400000
#define VEDIC_DEBUG_VIRT 0xF5368000 .macro addruart, rp, rv, tmp
ldr \rp, =VEDIC_DEBUG_PHYS
ldr \rv, =VEDIC_DEBUG_VIRT
.endm
二、源码分析
为方便待会分批解释功能我先贴出debug.S源码：
/*
* linux/arch/arm/kernel/debug.S
*
* Copyright (C) 1994-1999 Russell King
*
* This program is free software; you can redistribute it and/or modify
* it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
* published by the Free Software Foundation.
*
* 32-bit debugging code
*/
#include <linux/linkage.h>
#include <asm/assembler.h> .text /*
* Some debugging routines (useful if you've got MM problems and
* printk isn't working). For DEBUGGING ONLY!!! Do not leave
* references to these in a production kernel!
*/ #if !defined(CONFIG_DEBUG_SEMIHOSTING)
#include CONFIG_DEBUG_LL_INCLUDE
#endif #ifdef CONFIG_MMU
.macro addruart_current, rx, tmp1, tmp2
addruart \tmp1, \tmp2, \rx
mrc p15, , \rx, c1, c0
tst \rx, #
moveq \rx, \tmp1
movne \rx, \tmp2
.endm #else /* !CONFIG_MMU */
.macro addruart_current, rx, tmp1, tmp2
addruart \rx, \tmp1
.endm #endif /* CONFIG_MMU */ /*
* Useful debugging routines
*/
ENTRY(printhex8)
mov r1, #
b printhex
ENDPROC(printhex8) ENTRY(printhex4)
mov r1, #
b printhex
ENDPROC(printhex4) ENTRY(printhex2)
mov r1, #
printhex: adr r2, hexbuf
add r3, r2, r1
mov r1, #
strb r1, [r3]
: and r1, r0, #
mov r0, r0, lsr #
cmp r1, #
addlt r1, r1, #''
addge r1, r1, #'a' -
strb r1, [r3, #-]!
teq r3, r2
bne 1b
mov r0, r2
b printascii
ENDPROC(printhex2) hexbuf: .space .ltorg #ifndef CONFIG_DEBUG_SEMIHOSTING ENTRY(printascii)
addruart_current r3, r1, r2
b 2f
: waituart r2, r3
senduart r1, r3
busyuart r2, r3
teq r1, #'\n'
moveq r1, #'\r'
beq 1b
: teq r0, #
ldrneb r1, [r0], #
teqne r1, #
bne 1b
mov pc, lr
ENDPROC(printascii) ENTRY(printch)
addruart_current r3, r1, r2
mov r1, r0
mov r0, #
b 1b
ENDPROC(printch) #ifdef CONFIG_MMU
ENTRY(debug_ll_addr)
addruart r2, r3, ip
str r2, [r0]
str r3, [r1]
mov pc, lr
ENDPROC(debug_ll_addr)
#endif #else ENTRY(printascii)
mov r1, r0
mov r0, #0x04 @ SYS_WRITE0
ARM( svc #0x123456 )
THUMB( svc #0xab )
mov pc, lr
ENDPROC(printascii) ENTRY(printch)
adr r1, hexbuf
strb r0, [r1]
mov r0, #0x03 @ SYS_WRITEC
ARM( svc #0x123456 )
THUMB( svc #0xab )
mov pc, lr
ENDPROC(printch) ENTRY(debug_ll_addr)
mov r2, #
str r2, [r0]
str r2, [r1]
mov pc, lr
ENDPROC(debug_ll_addr) #endif
linux-3.10.65/arch/arm/kernel/debug.S
具体分析如下：
1.
#if !defined(CONFIG_DEBUG_SEMIHOSTING)
#include CONFIG_DEBUG_LL_INCLUDE
#endif ---> 因为没有定义CONFIG_DEBUG_SEMIHOSTING， 所以包含了CONFIG_DEBUG_LL_INCLUDE=linux-3.10./arch/arm/include/debug/vedic.S，
也即提供addruart()功能 .
#ifdef CONFIG_MMU
.macro addruart_current, rx, tmp1, tmp2
addruart \tmp1, \tmp2, \rx
mrc p15, , \rx, c1, c0
tst \rx, #
moveq \rx, \tmp1
movne \rx, \tmp2
.endm #else /* !CONFIG_MMU */
.macro addruart_current, rx, tmp1, tmp2
addruart \rx, \tmp1
.endm #endif /* CONFIG_MMU */ ---> 注意参数的位置！addruart()第一个参数是返回物理地址， 第二个是返回虚拟地址， 第三个不用
addruart_current(rx, tmp1, tmp2) rx是返回串口地址，至于是物理地址还是虚拟地址做了判断， 如果没有开MMU， 当然rx是物理地址，所以直接
将rx作为addruart()第一个参数， 如果使能MMU可以直接返回虚拟地址， 但开发者可能为保险起见， 判断p15协处理器硬件是否真的开启MMU，
如果开启就返回虚拟地址rx=tmp2， 不然返回物理地址rx=tmp1 .
ENTRY(printascii)
addruart_current r3, r1, r2
b 2f /* 先跳转到2，把要打印的值放置r1 */
: waituart r2, r3
senduart r1, r3
busyuart r2, r3
teq r1, #'\n'
moveq r1, #'\r'
beq 1b
: teq r0, #
ldrneb r1, [r0], # /* r0存放的是要打印字符内存地址， 该指令是加载r0地址上的值，取一个byte到r1， 同时r0偏移1个byte */
teqne r1, #
bne 1b
mov pc, lr
ENDPROC(printascii) ENTRY(printch)
addruart_current r3, r1, r2
mov r1, r0
mov r0, #
b 1b
ENDPROC(printch) ---> 这段汇编提供两个函数功能， 打印字符串printascii(), 和打印字符printch()， 这里需要再提供waituart() senduart() busyuart()
所以我们要在vedic.S提供这三个函数 .
#ifdef CONFIG_MMU
ENTRY(debug_ll_addr)
addruart r2, r3, ip
str r2, [r0]
str r3, [r1]
mov pc, lr
ENDPROC(debug_ll_addr)
#endif ---> 这个函数其实就是将串口物理地址赋值给参数0， 虚拟地址赋值给参数1， 其C定义的含义为：
#ifdef CONFIG_DEBUG_LL
extern void debug_ll_addr(unsigned long *paddr, unsigned long *vaddr);
extern void debug_ll_io_init(void);
#else
static inline void debug_ll_io_init(void) {}
#endif
可以理解debug_ll_addr()等效于addruart(), 那谁用这个功能呢？ 在linux-3.10./arch/arm/mmu.c: #ifdef CONFIG_DEBUG_LL
void __init debug_ll_io_init(void)
{
struct map_desc map; debug_ll_addr(&map.pfn, &map.virtual);
if (!map.pfn || !map.virtual)
return;
map.pfn = __phys_to_pfn(map.pfn);
map.virtual &= PAGE_MASK;
map.length = PAGE_SIZE;
map.type = MT_DEVICE;
create_mapping(&map, false);
}
#endif
没错， debug_ll_io_init()就是构建串口虚拟地址和物理地址页表， 一般放在 machine_desc.map_io:
static void __init zynq_map_io(void)
{
debug_ll_io_init();
zynq_scu_map_io();
} MACHINE_START(XILINX_EP107, "Xilinx Zynq Platform")
.smp = smp_ops(zynq_smp_ops),
.map_io = zynq_map_io,
.init_irq = irqchip_init,
.init_machine = zynq_init_machine,
.init_time = zynq_timer_init,
.dt_compat = zynq_dt_match,
.restart = zynq_system_reset,
MACHINE_END 这个在：
start_kernel()
-> setup_arch()
-> paging_init()
-> devicemaps_init()
->mdesc->map_io() 从这里可以看出， 要使用printascii(), printch()功能必须在setup_arch()执行之后，因为之前页表都没有建立访问虚拟地址压根找不到物理地址
很明显跑到start_kernel()时已经开启MMU了，我就想在start_kernel()时就立马打印log出来， 当操作虚拟地址时由于页表没建立串口的映射导致系统Oops
这是非常不好的用户体验！串口虽然是device， 应该归属devicemaps_init()， 但由于它的特殊性， 我们希望这块映射越早越好， 因此稍微新的内核版本
都把这块映射放置在汇编阶段：
linux-3.10./arch/arm/kernel/head.s
__create_page_tables:
#ifdef CONFIG_DEBUG_LL
#if !defined(CONFIG_DEBUG_ICEDCC) && !defined(CONFIG_DEBUG_SEMIHOSTING)
/*
* Map in IO space for serial debugging.
* This allows debug messages to be output
* via a serial console before paging_init.
*/
addruart r7, r3, r0 mov r3, r3, lsr #SECTION_SHIFT
mov r3, r3, lsl #PMD_ORDER add r0, r4, r3
mov r3, r7, lsr #SECTION_SHIFT
ldr r7, [r10, #PROCINFO_IO_MMUFLAGS] @ io_mmuflags
orr r3, r7, r3, lsl #SECTION_SHIFT
#ifdef CONFIG_ARM_LPAE
mov r7, # << ( - ) @ XN
#ifdef CONFIG_CPU_ENDIAN_BE8
str r7, [r0], #
str r3, [r0], #
#else
str r3, [r0], #
str r7, [r0], #
#endif
#else
orr r3, r3, #PMD_SECT_XN
str r3, [r0], #
#endif #else /* CONFIG_DEBUG_ICEDCC || CONFIG_DEBUG_SEMIHOSTING */
/* we don't need any serial debugging mappings */
ldr r7, [r10, #PROCINFO_IO_MMUFLAGS] @ io_mmuflags
#endif 其他平台串口需要特殊映射的.....
#endif Now，汇编阶段映射好页表， 然后跳转到start_kernel()就可以立马使用printascii()， 同时mdesc->map_io也不需要调用debug_ll_io_init()
/* linux-3.10.65/arch/arm/include/debug/vedic.S
* phy_addr is uart base addr which fixed by hardware, but virt_addr? Why 0xF5368000
*/ #define VEDIC_DEBUG_PHYS 0x70400000
#define VEDIC_DEBUG_VIRT 0xF5368000 .macro addruart, rp, rv, tmp
ldr \rp, =VEDIC_DEBUG_PHYS
ldr \rv, =VEDIC_DEBUG_VIRT
.endm .macro senduart,rd,rx
and \rd,\rd,#0xFF
str \rd, [\rx, #0x00] /* tx_reg is offset 0x00 */
.endm .macro waituart,rd,rx
: ldr \rd, [\rx, #0x0C] /* fifo_reg is offset 0x0C */
mov \rd,\rd,lsr #
and \rd,\rd,#0x7F
teq \rd, #0x00
bne 1b
.endm .macro busyuart,rd,rx
: ldr \rd, [\rx, #0x0C]
mov \rd,\rd,lsr #
and \rd,\rd,#0x7F
teq \rd, #0x00
bne 2b
.endm
完整的vedic.S源码
三、测试验证
/* linux-3.10.65/include/generated/autoconf.h */
#define CONFIG_DEBUG_LL_INCLUDE "debug/vedic.S"
四、压缩镜像 zImage 使能打印
上面的调试都是解压后Image的log， 如果固件是压缩zImage呢？ 如果想打印log？ 我们先看一下log所在文件：
/* linux-3.10.65/arch/arm/boot/compressed/misc.c */ static void putstr(const char *ptr)
{
char c; while ((c = *ptr++) != '\0') {
if (c == '\n')
putc('\r');
putc(c);
} flush();
} void decompress_kernel(unsigned long output_start, unsigned long free_mem_ptr_p,
unsigned long free_mem_ptr_end_p,
int arch_id)
{
int ret; output_data = (unsigned char *)output_start;
free_mem_ptr = free_mem_ptr_p;
free_mem_end_ptr = free_mem_ptr_end_p;
__machine_arch_type = arch_id; arch_decomp_setup(); putstr("Uncompressing Linux...");
ret = do_decompress(input_data, input_data_end - input_data,
output_data, error);
if (ret)
error("decompressor returned an error");
else
putstr(" done, booting the kernel.\n");
}
看样子最终靠putc()实现， misc.c开头包含一个宏“CONFIG_UNCOMPRESS_INCLUDE”， 定义在：
/* linux-3.10.65/arch/arm/Kconfig.debug */ /* Here I delete ARCH_MULTIPLATFORM since my menuconfig does not declare
config DEBUG_UNCOMPRESS
bool
default y if ARCH_MULTIPLATFORM && DEBUG_LL && \
!DEBUG_OMAP2PLUS_UART && \
!DEBUG_TEGRA_UART config UNCOMPRESS_INCLUDE
string
default "debug/uncompress.h" if ARCH_MULTIPLATFORM
default "mach/uncompress.h"
*/ config DEBUG_UNCOMPRESS
bool
default y if DEBUG_LL && \
!DEBUG_OMAP2PLUS_UART && \
!DEBUG_TEGRA_UART config UNCOMPRESS_INCLUDE
string
default "debug/uncompress.h" 所以：
CONFIG_DEBUG_UNCOMPRESS=y
CONFIG_UNCOMPRESS_INCLUDE=linux-3.10./arch/arm/include/debug/uncompress.h
#ifdef CONFIG_DEBUG_UNCOMPRESS
extern void putc(int c);
#else
static inline void putc(int c) {}
#endif
static inline void flush(void) {}
static inline void arch_decomp_setup(void) {}
uncompress.h源码
/* linux-3.10.65/arch/arm/boot/compressed/Makefile */
ifeq ($(CONFIG_DEBUG_UNCOMPRESS),y)
OBJS += debug.o 而linux-3.10./arch/arm/boot/compressed/debug.S：
#include <linux/linkage.h>
#include <asm/assembler.h> #ifndef CONFIG_DEBUG_SEMIHOSTING #include CONFIG_DEBUG_LL_INCLUDE ENTRY(putc)
addruart r1, r2, r3
waituart r3, r1
senduart r0, r1
busyuart r3, r1
mov pc, lr
ENDPROC(putc) #else ENTRY(putc)
adr r1, 1f
ldmia r1, {r2, r3}
add r2, r2, r1
ldr r1, [r2, r3]
strb r0, [r1]
mov r0, #0x03 @ SYS_WRITEC
ARM( svc #0x123456 )
THUMB( svc #0xab )
mov pc, lr
.align
: .word _GLOBAL_OFFSET_TABLE_ - .
.word semi_writec_buf(GOT)
ENDPROC(putc) .bss
.global semi_writec_buf
.type semi_writec_buf, %object
semi_writec_buf:
.space
.size semi_writec_buf, #endif
debug.S源码
核心思想就是选中DEBUG_UNCOMPRESS， 使其编译linux-3.10.65/arch/arm/boot/compressed/debug.S， 里面会提供putc()实现，
然后用户可以在misc.c删掉“#include CONFIG_UNCOMPRESS_INCLUDE”， 添加申明代码“extern void putc(int c);”， 或者选中
UNCOMPRESS_INCLUDE=linux-3.10.65/arch/arm/include/debug/uncompress.h 帮我们申明
我的开机log如下：
五、其他
说起早期打印不得不提CONFIG_EARLY_PRINTK， 这个可以理解为对printch()进一步的封装， 同时归属于console框架， 具备缓存数据等后期console的所有功能，与printascii() printch()最大不同在于eraly_printk()可以打印格式参数%d, %p等， 方便调试
具体请参考另一篇博文： Linux最小系统移植之早期打印CONFIG_EARLY_PRINTK
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