PF部第19回資料 poor man's JTAG

poor man’s JTAG
2012年4月1日
第１9回PF部勉強会

本日の発表内容
★自己紹介
★お金をあまり掛けずにAndroid Kernelのデバッグ
•PCとターゲットボードだけ
•安価なJTAGボードを使って

自己紹介
★東の羊

★twitter @pakuqi

★Blog 電脳羊（http://xiangcai.at.webry.info/）

→Androidが動作するボードの話題が多いです。

BeagleBoard, BeagleBoard xM, PandaBoard, Snowball

★2011年4月からAndroid関連の部署に異動して１年経ちました

今回の発表のきっかけ
PF部の第３回勉強会、通称Init祭りで@tetsu_kobaさんによる
「自社製品デバッガーの説明」がありました。
Initで止めて処理を追っかけたり
http://www.yokohama.android-pf.org/study/20101204

いいなーと思いながら、お約束の「でも、お高いんでしょ？」

@tetsu_kobaさんも個人で買うもんじゃないので会社で
買ってもらって下さい
orz

その後
Pandaboardに関する調べものをしてた時に、以下の動画を
偶然見つけました。
http://www.youtube.com/watch?v=8wK9q3XqnFY
Howto: BeagleBoard and PandaBoard with the TinCanTools
Flyswatter (OpenOCD) JTAG Debugger

TinCanTools Flyswatter
http://www.tincantools.com/

オーダー
オーダーはTinCanToolsのサイトから行います。Registerから必要情報を入力して
登録してからクレジットカードで支払います。

実際のオーダー
下にあるようにFlyswatter2本体(SKU600)が$89、JTAGの20ピンから14ピンへの変換
(SKU620)が$22、送料が$31.90
送料は３つから選べて２番目に早いの（PriorityMail）にしました。１週間くらいで届きました。

安いだけじゃない

オプションの変換コネクタとケーブル
必要だけど最初からBeagleBoardに
対応してる！！

OpenOCDも対応
OpenOCD（後で説明します）も
BeagleBoard
BeagleBoard-xM
PandaBoard
対応！！

Linaro Connect Q4.11
Linaro Connect Q4.11でTinCan Toolsの中の人がデモしてるの発見！！
http://www.youtube.com/watch?v=FhMhH5kEcGw

Android Builders Summit
2012
前回のPF部でABS 2012の資料斜め読みしましたが、以下のプレゼンがありました
Using OpenOCD JTAG in Android Kernel Debugging

スライド
https://events.linuxfoundation.org/images/stories/pdf/lf_abs12_anderson.pdf
ビデオ
http://video.linux.com/videos/using-openocd-jtag-in-android-kernel-debugging

ビデオ(01:51:54)見ましたが
●前振りが長い
●途中で音声が切れてる（@tetsu_kobaさんによるとマイクのトラブルらしいです）
●デバッガーは動かしてるけど、実際にデバッグはしてなさそう

本日の発表
—  大貧民コース（PCとターゲットボードのみ）
—  貧民コース（安価なJTAGボード：Flyswatter2を使用)
—  大富豪コース（対象外）
PARTNER-Jet買って下さい(^^;

PCとターゲットのみ
●ハードウエア構成
PCとターゲートボード(PandaBoard)をシリアルケーブルで
接続します。

シリアル
ケーブル

●ソフトウエア構成（概略）
gdbを使ってデバッグします。ターゲットボードのカーネルにStub
(gdbの通信相手）のkgdbを組み込みます。
gdbのFrontendとしてDDD(Data Display Debugger)を使います

gdbの
Frontend
Kernel
Stub
DDD
gdb
kgdb

●ソフトウエア構成（詳細）
先ほどの図ですと、gdbがシリアルケーブルを使うのでPCから
Consoleを使った操作や表示が出来なくなります。
そのため、間にagent-proxyを入れると両方とも有効に出来ます
詳細は以下のようになります

target remote localhost:4441
Target

DDD
gdb
agent-proxy
Kernel
Stub
kgdb
Console
telnet localhost 4444

環境構築の概要
●カーネル側
kgdb：Linuxカーネル2.2.26から統合されました。
カーネルコンフィグで有効にすれば使えるようになります。(後述）

●PC側
gdb：Androidのprebuiltを使います
prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-eabi-4.4.3/bin/arm-
eabi-gdb

DDD(Data Display Debugger)Ver3.3.11
システム→システム管理→Synapticパッケージマネージャ

agent-proxy
$ git clone git://git.kernel.org/pub/scm/utils/kernel/
kgdb/agent-proxy.git

kgdbの有効化
（１）環境変数設定
export ANDROID_ROOT=$PWD
export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=$ANDROID_ROOT/prebuilt/linux-x86/toolchain/arm-
eabi-4.4.3/bin/arm-eabi-

（２）カーネルソース取得
$ mkdir kernel
$ cd kernel/
$ git clone https://android.googlesource.com/kernel/omap
$ cd omap
$ git checkout -b android-omap-panda-3.0 origin/android-omap-panda-3.0

（３）コンフィグファイルの作成
$ make panda_defconfig

kgdbの有効化
（４）kgdbを有効にする
$ make menuconfig
メニュー画面が表示されるので、「Kernel hackingの中に入る」
Compile the kernel with debug infoを有効

「KGDB： kernel degugger」を有効にしてサブメニューの「KGDB: user kgdb
over the serial console (NEW)」を有効にする

kgdbの有効化
（５）カーネルのビルド
$ make uImage modules -j8

（６）カーネルをSDカードにコピー

（７）ブートパラメータの追加

ブートローダがカーネルに渡すカーネルパラメータにkgdbocを追加します。
kgdboc=[シリアルデバイスファイル],[ボーレート]
という形式で指定します。
PandaBoardだと
kgdboc=ttyO2,115200
になります。

PC側の処理
（１）agent-proxyの起動
$ agent-proxy 4440^4441 0 /dev/ttyUSB0,115200 &
Agent Proxy 1.95 Started with: 4440^4441 0 /dev/ttyUSB0,115200
Agent Proxy running. pid: 2641

（２）コンソールの表示：TELNETでアクセスするとプロンプトが表示
$ telnet localhost 4440
Trying ::1...
Trying 127.0.0.1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
root@android:/ #

（３）DDD起動
$ ddd --debugger arm-eabi-gdb
vmlinuxがあるディレクトリででDDDを起動します。

（４）デバッグイメージの読み込み
DDDのGDB Consoleで
(gdb) file vmlinux

PC側の処理
（４）ターゲットボードのkgdbへ接続
DDDのGDB Consoleで
(gdb) target remote localhost:4441
※
通常は(gdb) target remote /dev/ttyUSB0とコンソールを指定して接続しますが、
agent-proxyが起動しているので上記のように接続します。
ターゲットに接続すると自動的にターゲット側がkgdbモードに切り替わります。
コンソール上にメッセージが表示されます。

（５）デバッグ例
printkにブレークポイントを張る
(gdb) b printk
(gdb) c
でブレークポイントに止まります。

DDD上で変数の中を見たり、ステップ実行が出来ます

安価なJTAGボードFlyswatter2
を使用
●ハードウエア構成
PCとターゲートボード(PandaBoard)をシリアルケーブルと
JTAGで接続します。

リボンケーブル
１４ピン
USBケーブル

Flyswatter2

シリアルケーブル

実物

Flyswatter2

20ピンから14ピンへ変換

JTAG接続：１４ピン

シリアル接続

安価なJTAGボード：
Flyswatter2を使用
●ソフトウエア構成（詳細）
先ほどの図と似ています。agent-proxyの代わりにOpenOCD
が間に入っています。
リボン
target remote localhost:3333
ケーブル

DDD
gdb
Target

OpenOCD
Flyswatter2
Kernel
telnet
client
config
telnet localhost 4444
シリアル
ケーブル

Console
minicom /dev/ttyUSB0

環境構築の概要
差分のみ示します
●PC側
OpenOCD
TinCanToolsのサイトにビルド手順があります。それに従ってやれば構築出来ます。
詳細はブログを参照ください。
http://xiangcai.at.webry.info/201203/article_3.html

補足
OpenOCDはデーモンとして起動して特定のポートで接続を受け付けます。
３３３３：gdb
４４４４：telnet

OpenOCD自体への操作はTelnetで接続してコマンドラインで行います。
デバッガ：gdbからの操作をJTAGコマンドに変換してJTAGを通じてデバッグ操
作を可能にします。
Flyswatter2はシリアルの口を持っているので、minicomでttyUSB0などに接
続すればAndroidのコンソールでの操作や表示が見れます。

デバッグ操作
実際のデバッグ操作です。詳細はブログに書いたのでそちらを参考にして下さい
ここでは概略を説明します。

（１）Flyswatter2とPandaboardの電源を入れます。

（２）minicomを起動してコンソールを表示させます。

（３）OpenOCDを起動します。
$ sudo ./openocd -f interface/flyswatter2.cfg -f board/ti_pandaboard.cfg

OpenOCDを起動するにはJTAGとターゲットボードの情報記載したConfigファイルを指定
する必要がありますが、Flyswatter2, Pandaboardは標準で対応しているのでOpenOCD
のインストールディレクトリにあるものを指定します。

起動ログを次ページに示します。
最後にPolling succeeded againと表示されればOKです。

デバッグ操作
Open On-Chip Debugger 0.5.0 (2011-11-13-22:03)
Licensed under GNU GPL v2
For bug reports, read
http://openocd.berlios.de/doc/doxygen/bugs.html
Info : only one transport option; autoselect 'jtag'
15000 kHz
RCLK - adaptive
Using dbgbase = 0x80000000
force hard breakpoints
trst_only separate trst_push_pull
Info : max TCK change to: 30000 kHz
Info : RCLK (adaptive clock speed)
Info : JTAG tap: omap4430.jrc tap/device found: 0x3b95c02f (mfg: 0x017, part: 0xb95c,
ver: 0x3)
Info : JTAG tap: omap4430.dap enabled
Polling target failed, GDB will be halted. Polling again in 100ms
Info : JTAG tap: omap4430.m30_dap enabled
Info : JTAG tap: omap4430.m31_dap enabled
Info : omap4430.cpu: hardware has 6 breakpoints, 4 watchpoints
Info : omap4430.m30: hardware has 6 breakpoints, 4 watchpoints
Info : omap4430.m31: hardware has 6 breakpoints, 4 watchpoints
Polling succeeded again

デバッグ操作
（４）TelnetでOpenOCDに接続します。コマンドプロンプト”>”で入力出来ます。
$ telnet localhost 4444
Trying ::1...
Trying 127.0.0.1...
Connected to localhost.
Escape character is '^]'.
Open On-Chip Debugger
>

（５）Telnet上でコマンド「halt」を実行します。
> halt
target state: halted
target halted in ARM state due to debug-request, current mode: Supervisor
cpsr: 0x200000d3 pc: 0xc00637f0
MMU: enabled, D-Cache: enabled, I-Cache: enabled

デバッグ操作
（６）DDDの実行
$ ddd --debugger arm-eabi-gdb

GDB Consoleでコマンドを実行
(gdb) file vmlinux
(gdb) target remote localhost:3333
→接続先はOpenOCDです。

（７）デバッガでのブレークポイント設定
(gdb) b sys_mkdir

DDDの画面を次ページに示します。

デバッグ操作
（８）Telnet上でコマンド「resume」を実行します。
> resume

（９）DDDのGDB Consoleで「c」を実行します。

(10)コンソールで$ mkdir tmpを実行します。

（１３）DDDのブレークポイントに止まります。
pathnameとして“tmp”が表示されています。
→次のページ参照

変数の内容を見たり、ステップ実行などが出来ます。

まとめ
※Kernelデバッグって大変そう
※高価な機材が必要
みたいなイメージがあるかと思いますが、比較的安価で気軽に出来ることが分
かりました。

デバッグ以外にも学習のために実際に動かしてブレークポイントを張ってス
テップ実行しながら、想定通りに動いていることが確認できるとカーネルへの
理解が深まると思います。

今後の予定
★OpenOCD、JTAGの使い方に習熟する
今は何となく使ってる感じなので

★デバイスドライバー組み込んでデバッグ
まずはHello Worldレベルのものをカーネルに組み込んでデバッグ出来
るか
事前に調べた感じでは、ごにょごにょしないといけないらしい

★Insight、Eclipseを使ったデバッグ
今回はgdbのFrontendとしてDDDを使いました。
GUIなデバッグ環境としてInsightというものがありますが、コンパイルで
エラーになってまだ構築できていないので続きを

また、DDDもInsightも開発が止まっているっぽいので、Eclipse上で操
作が出来ると良いかなと（こっちはこれから調べます）

参考情報
●電脳羊

●@IT MONOist
実践しながら学ぶ Android USBガジェットの仕組み（1）：
http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1107/22/news001.html

●TinCanTools
http://www.tincantools.com/wiki/Flyswatter2
http://www.tincantools.com/wiki/Flyswatter2_Pandaboard_How_To
http://www.tincantools.com/wiki/GDB_Debugger

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