Qemu模拟ARM64使用GDB调试linux kernel

1、linux文件编译

大家在学习linux kernel时，需要购买硬件开发板，这是一笔不少的投入，今天就介绍大家如何使用模拟器来模拟ARM硬件，并且使用GDB来调试linux kernel。在buildroot编译框架下，我们使用 qemu_aarch64_virt_defconfig 配置进行编译，编译过程中，buildroot会根据配置文件自动*载下**相关的文件，包含编译工具链、linux、文件系统等。要使用GDB对linux kernel进行调试，需要开启内核参数 CONFIG_DEBUG_INFO 和 CONFIG_GDB_SCRIPTS 两个配置项目。

在buildroot编译框架下输入命令进入linux kernel配置目录： make linux-menuconfig

Qemu模拟ARM64和GDB调试linuxkernel

配置目录下进入 kernel hacking 条目，首先开启 Kernel debugging 选项，最后进入 Compile-time checks and compiler options 条目，开启 Compile the kernel with debug info 和 Provide GDB scripts for kernel debugging 内核参数配置项。

Qemu模拟ARM64和GDB调试linuxkernel

配置完成后使用make命令编译。

2、qemu模拟器

qemu是一个广泛使用的开源计算机模拟器和虚拟机。当作为模拟器时，可以在一种架构（如x86 PC）下运行另一种架构（如ARM）下的操作系统和程序。通过使用动态翻译，它可以获得非常好的性能。作为虚拟机时，qemu可以使用其他虚拟机管理程序（ KVM）来使用CPU扩展进行虚拟化，通过在主机CPU上直接执行客户机代码来获得接近于宿主机的性能。

ubuntu下安装qemu： sudo apt-get install qemu qemu-system， 安装好qemu后我们进入buildroot-2021.08.1/output/images目录下，用 qemu_aarch64_virt_defconfig 配置编译时自动会生成qemu启动脚本文件： start-qemu.sh ，直接运行此文件则可以启动qemu模拟器，模拟ARM芯片启动编译好的linux kernel内核：

Qemu模拟ARM64和GDB调试linuxkernel

qemu启动参数说明：

参数

说明

-M vexpress-a9

指定要仿真的开发板：vexpress-a9

-m 512M

指定DRAM内存大小为512MB

-cpu cortex-a9

指定CPU架构

-smp n

CPU的个数，不设置的话，默认是1

-kernel ./zImage

要运行的镜像

-dtb ./vexpress-vap-ca9.dtb

要加载的设备树文件

-append cmdline

设置Linux内核命令行、启动参数

-initrd file

使用file文件作为初始化ram disk

-nographic

非图形化启动，使用串口作为控制台

-sd rootfs.ext3

使用rootfs.ext3作为SD卡镜像文件

-net nic

创建一个网卡

-net nic -net tap

将开发板网卡和主机网卡建立桥接(Bridge)

qemu启动运行linux后，退出指令： ctrl+a ，然后再按 x 键。

3、GDB调试

ubuntu 默认安装的gdb 是x86的版本，需要调试aarch64架构的内核必须要安装gdb-multiarch命令： apt-get install gdb-multiarch

3.1、修改qemu启动文件

使用gdb调试，qemu启动命令需要添加一项参数“ -s -S ”：-s的意思是等待外面gdb的链接，默认开启1234端口进行监听；-S是在内核的入口打断点。添加-s -S参数到 start_qemu.sh文件"EXTRA_ARGS"变量处，运行start_qemu.sh文件后不会直接启动kernel，会保持在暂停状态，等待外部gdb的连接。

#!/bin/sh
(
 BINARIES_DIR="${0%/*}/"
 cd ${BINARIES_DIR}

 if [ "${1}" = "serial-only" ]; then
     EXTRA_ARGS='-nographic'
 else
     EXTRA_ARGS='-s -S'
 fi
 
 export PATH="/home/ubuntu/work/buildroot-2021.08.1/output/host/bin:${PATH}"
 exec qemu-system-aarch64 -M virt -cpu cortex-a53 -nographic -smp 1 -kernel Image -append "rootwait root=/dev/vda console=ttyAMA0" -netdev user,id=eth0 -device virtio-net-device,netdev=eth0 -drive file=rootfs.ext4,if=none,format=raw,id=hd0 -device virtio-blk-device,drive=hd0 ${EXTRA_ARGS}
)