如何在 Vitis 中调试 Zynq UltraScale 器件启动镜像

在本篇博文中，我们将探讨如何在 Vitis 中调试 Zynq UltraScale 器件启动镜像。这些启动镜像包括 ARM 可信固件 （ATF） 和 U-boot。

本篇博文乃是系列博文中的一篇，此系列博文旨在探讨如何在 Petalinux 镜像中调试各种组件。 

启动镜像调试是任何定制板启动过程中不可或缺的一环，希望本篇博文能够帮助用户完整完成定制板启动镜像的调试工作。即使您使用的是开发板，本篇博文也将能够提供有关启动镜像在 Zynq UltraScale 器件上的工作方式方面的诸多实用见解。

启动镜像的生成途径多种多样。用户可以使用 PetaLinux/Yocto，或者也可以从 GiT 源代码手动构建镜像。本文将演示如何使用 PetaLinux 2020.1 来为 Zynq UltraScale 器件创建启用调试功能的启动镜像。

PetaLinux 流程：

在此次演示中使用的是 ZCU104 板，但其中步骤应适用于所有 Zynq UltraScale 器件。

在 images/Linux 文件夹中提供的 u-boot.elf 不具有在 Vitis 中进行调试所需的符号信息。因此，我们将使用 PetaLinux 内的工作目录下的 u-boot 二进制文件。

并且 PetaLinux 移除了其中间文件以节省磁盘空间，因此我们需要在 PetaLinux 工程中禁用此功能。

下列步骤演示了用户如何获取启用调试功能的 ATF 和 U-boot：

petalinux-create -t project --template zynqMP -n linux_image

cd linux_image

 

注： 很遗憾，在 PetaLinux 存在 1 个已知问题，即无法将 debug=1 传递到此处的 makefile。用户可以使用此处所述的变通方法来手动添加该值。

用户还应注意 TMP 目录：

退出“配置 （Config）”屏幕并单击“Save”以保存。

如上所述，PetaLinux 提供的 u-boot 可执行文件不具有调试所需的符号信息。用户可以通过修改 build/conf 文件夹下的 local.conf 文件来阻止 PetaLinux 移除中间构建文件。

创建任何构建时都会创建 build 文件夹，因此我们可以执行 petalinux-build，随后使用 Ctrl + c 在创建此文件时停止操作。打开 local.conf 文件并注释掉以下行：

现在，只需构建启动镜像并使用 PetaLinux 创建可启动镜像 （BOOT.BIN） 即可

petalinux-build -c bootloader

完成构建后，将 u-boot 重命名为 u-boot.elf 并从 tmp 文件夹复制到 images/linux 文件夹中：

下一步，使用 PetaLinux 创建可启动镜像 （BOOT.BIN）

cd images/linux

petalinux-package --boot --u-boot

作为完整性检查，我们还可测试可执行文件以确认其中包含符号信息：

在 Vitis 中执行调试：

我发现调试启动镜像最简单的方法是将启动镜像加载到 SD/QSPI 上，并在运行目标上执行调试。

启动 Vitis 并关闭欢迎屏幕。

创建新的“调试配置 （Debug Configuration）”：

双击“单应用调试 （Single Application Debug）”：

将“调试类型 （Debug Type）”设置为“连接到运行目标 （Attach to Running Target）”：

注： 由于我当前使用远程连接，因此还需一并设置远程连接。

选择“应用并调试 （Apply and Debug）”。这样即可打开调试透视图。

您可以看到其中 Cortex A53 正在运行（我们的启动镜像）。

重定位前的调试：

展开赛灵思软件命令行工具 （XSCT） 窗口。

我们要在其中将符号文件传递给 Cortex A53 #0 以供 ATF 和 U-Boot 使用。

在 XSCT 中使用 memmap 命令设置符号文件：

然后即可在 ATF 和 U-Boot 中添加中断点。

我将 ATF 中的中断点设置在 bl31_main，将 U-boot 中的中断点设置在 board_init_f：

如果将板掉电并重新上电，则会在 ATF 中看到中断点被命中。

随后，用户可以执行恢复 （resume）、单步进入 （step into）、单步跳过 （step over） 等：

用户可以单步执行此处代码。例如，用户可以使用其中的 setup_reloc 功能来查找 uboot 重定位地址（或者使用 bdinfo）。

重定位地址因用户而异，我这里的重定位地址为 0x77DE5000。

重定位后的调试：

uboot 代码将对自身进行重定位，由于我们已映射符号文件存储器，因此，该重定位地址是错误的。

由此导致我们需要传递重定位地址以便调试器能够对此进行补偿：

让我们使用 board_init_r 功能。

这是重定位后处理功能：

重定位后，board_init_r 地址将变为 0x77DE5000 + 0x801A880 = 0x7FDFF880。

如果我在 board_init_r 处添加中断点，即可看到实际地址符合预期：

如果此时掉电并重新上电，则将命中 ATF 中的中断点，并且此时还会命中重定位后的 U-boot。

编辑：jq