VSCODE+QEMU+WSL调试RISCV代码（SBI、kernel）

在这里插入图片描述

前言

最近在对RISC-V架构比较感兴趣，正好手头有《RISC-V体系结构编程与实践》的书籍，就打算跟随笨叔将这块的知识学习起来，最开始当然是需要搭建一个基础的实验平台，本来笨叔是贴心的提供了VMare的环境，奈何天生叛逆的我就不下他的大镜像（我就不说我百度网盘没会员），就拿手头的wsl搭建了一套基于vscode的调试环境，可以直接一键调试，感觉还是蛮方便的。这里就进行一下记录。
参考连接：
优雅的调试在vscode上完美调试xv6
笨叔RISC-V官方示例代码仓库

文章目录

  • 前言
  • WSL基础环境的安装
  • 环境搭建
    • 1. 基础软件包安装
    • 2.示例源码的下载
  • 问题解决
    • PMP未开启导致无法进入benos
    • VScode调试问题
      • 理解调试方法
      • 配置lanuch.json
      • 配置tasks.json
      • 成果展示
    • 小插曲
      • .S文件不能打断点
    • 最后

WSL基础环境的安装

我曾经写过两篇文章来完善这块内容，可以参考：
利用windows自带的虚拟机安装ubuntu的记录用来完成基础环境的安装
[linux学习记录]win下子系统ubuntu体验记录用来记录其中遇到的问题以及对应的解决方案，会不定时更新
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/95c97de674eb434da495e9cef2202a7a.png在这里插入图片描述

环境搭建

1. 基础软件包安装

QEMU Virt实验平台模拟的是一款通用的RISC-V开发板。
软件环境：

  • WSL(ubuntu22.04)
  • qemu(QEMU emulator version 6.2.0 (Debian 1:6.2+dfsg-2ubuntu6.15))
  • riscv64-linux-gnu-gcc-9 (Ubuntu 9.5.0-1ubuntu1~22.04) 9.5.0
  • gdb-multiarch(GNU gdb (Ubuntu 12.1-0ubuntu1~22.04) 12.1)

安装参考指令：

sudo apt install qemu-system-misc libncurses5-dev build-essential git bison flex libssl-dev
sudo apt install gcc-9-riscv64-linux-gnu
sudo ln -s /usr/bin/riscv64-linux-gnu-gcc-9 /usr/bin/riscv64-linux-gnu-gcc #切换默认版本
sudo apt install gdb-multiarch

其他版本比较叛逆直接安装，但是对于gcc的版本还是要慎重，之前编译oe的5.10内核的时候如果用过高的编译器版本会导致链接出现问题，所以此处尽量与笨叔要求一致。

2.示例源码的下载

git clone 笨叔RISC-V官方示例代码仓库
大致命令如下：

git clone https://github.com/runninglinuxkernel/riscv_programming_practice
cd riscv_programming_practice/chapter_2/benos
make

即可完成基础命令的执行。
运行命令如下：

make debug

然后就会看到如下的画面
在这里插入图片描述
这个其实是可以正常跑并且进入到sbi内了，只不过按照笨叔的说明文档，我们遇到了PMP未开启的问题导致无法进入到benos内。所以接下来我们有两个问题待解决：

  1. 如何解决PMP问题
  2. 如何使用vscode进行调试

问题解决

PMP未开启导致无法进入benos

根据笨叔的介绍：
在这里插入图片描述
那我们就以毒攻毒，把第十章的一部分代码直接CV过来不就好了？虽然我看不懂但是CV我在行（不是），这块其实就先解决问题，等到学到了再认真研究就好了，初学者Hello个world还是有必要的。
根据我的观察大概需要改4个文件：

//include/asm/csr.h
+/* Machine Memory Protection
+ * 暂时支持8个pmpcfg
+*/
+#define RISCV_XLEN 64
+#define MAX_CSR_PMP     8
+#define CSR_PMPCFG0    0x3a0
+#define CSR_PMPADDR0   0x3b0
+#define CSR_PMPADDR1   0x3b1
+#define CSR_PMPADDR2   0x3b2
+#define CSR_PMPADDR3   0x3b3
+#define CSR_PMPADDR4   0x3b4
+#define CSR_PMPADDR5   0x3b5
+#define CSR_PMPADDR6   0x3b6
+#define CSR_PMPADDR7   0x3b7
+#define PMP_R  0x01UL
+#define PMP_W  0x02UL
+#define PMP_X  0x04UL
+#define PMP_A  0x18UL
+#define PMP_A_TOR 0x08UL
+#define PMP_A_NA4 0x10UL
+#define PMP_A_NAPOT 0x18UL
+#define PMP_L   0x80UL
+#define PMP_RWX (PMP_R | PMP_W | PMP_X)
+#define PMP_SHIFT 2
+#ifdef __ASSEMBLY__
+#define __ASM_STR(x)   x
+#else
+#define __ASM_STR(x)   #x
+#endif
#define read_csr(csr)                                          \({                                                             \register unsigned long __v;                             \
-       __asm__ __volatile__ ("csrr %0, " #csr                  \
+       __asm__ __volatile__ ("csrr %0, "  __ASM_STR(csr)                       \: "=r" (__v) :                    \: "memory");                      \__v;                                                    \#define write_csr(csr, val)                                    \({                                                             \unsigned long __v = (unsigned long)(val);               \
-       __asm__ __volatile__ ("csrw " #csr ", %0"               \
+       __asm__ __volatile__ ("csrw "__ASM_STR(csr)", %0"               \: : "rK" (__v)                    \: "memory");                      \})

上面其实是diff的部分输出，就是在对应文件进行修改，+就是增加，-就是删除，对照修改即可。
另外需要将第十章的sbi_lib.c以及sbi_lib.h拷贝到对应目录，以及对sbi_main.c进行如下修改：

//sbi/sbi_main.c{unsigned long val;+       /*
+        * 配置PMP
+        * 所有地址空间都可以访问
+        */
+       sbi_set_pmp(0, 0, -1UL, PMP_RWX);
+       sbi_set_pmp(1, 0x80000000, 0x40000, PMP_RWX);

其中sbi_set_pmp函数也需要从第十章的sbi_main.c内拷贝而来。
如果嫌弃麻烦的话也可以访问我的gitee分支： https://gitee.com/gaoxinglei/risc-v_practice

VScode调试问题

由于我是采用WSL的实验方式，VScode采用ssh远程连接，需要以下插件：

  • Remote-SSH(Host用于连接WSL)
  • C/C++(Ubuntu22.04 用于代码高亮跳转等）

理解调试方法

书上以及相关资料采用的其实是使用gdb-multiarch选择选择对应的elf进行调试的，使用remote的方式ip+port的形式。一般的调试形式如下：

gdb-multiarch benos.elf
target remote localhost:1234

然后我们可以配置这些手动的过程到launch.json，并且观察也更加方便。

配置lanuch.json

理解了上面的过程我们再来看这份lanuch.json就更加方便了

//launch.json
{"version": "0.2.0","configurations": [{"name": "riscvkernel","type": "cppdbg","request": "launch","program": "${fileDirname}/../benos.elf","args": [],"stopAtEntry": true,"cwd": "${workspaceFolder}","miDebuggerServerAddress": "127.0.0.1:1234","miDebuggerPath": "gdb-multiarch","environment": [],"externalConsole": false,"MIMode": "gdb","preLaunchTask": "riscvbuild","setupCommands": [{"description": "pretty printing","text": "-enable-pretty-printing","ignoreFailures": true,},],},]
}

其中的miDebuggerServerAddress就是对应我们qemu的地址，然后miDebuggerPath来选择我们的gdb工具。program对应我们的命令后接的要调试的程序，我们这里选择benos.elf，如果需要调试书籍里面的sbi也可以换成对应的文件，再建一个调试即可，具体参考我的gitee。这里我发现参考代码都是源码上一级就是Makefile，所以我可以简单的写成../benos.elf这种形式，其他的可能需要思考更合理的判断方式。但注意到我们其实还有一个preLaunchTask预处理，这块就是帮助我们敲make解放双手。

配置tasks.json

上面说到的preLaunchTask，其实就是在这里进行定义的，具体内容如下：

// tasks.json
{"version": "2.0.0","tasks": [{"label": "riscvbuild","type": "shell","isBackground": true,"command": "cd ${fileDirname}/..;make;make debug","problemMatcher": [{"pattern": [{"regexp": ".","file": 1,"location": 2,"message": 3}],"background": {"beginsPattern": ".*-kernel benos.elf -S -s","endsPattern": "."}}]}]
}

主要注意label要和launch.json文件进行对应，command就是编译指令，我们这里也是因为目录层级简单可以这么简单书写。
beginsPattern是屏幕识别到相关代码才开始调试，否则认为编译失败，类似于下图：
在这里插入图片描述
就是未识别到对应信息，我们这里采用Makefile会输出的一句话即可

成果展示

经过上面的配置，我们就可以对远程gdb进行调试了，也符合我们日常的使用习惯。
在这里插入图片描述

小插曲

这个地方不定时更新遇到的问题

.S文件不能打断点

需要打开这个设置，注意打开的是WSL的设置而不是本地设置哦。
在这里插入图片描述

最后

相关源码可以在 https://gitee.com/gaoxinglei/risc-v_practice进行获取哦

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