EDK II RISC-V调试：QEMU与GDB联合调试环境搭建-优快云博客

EDK II RISC-V调试：QEMU与GDB联合调试环境搭建

【免费下载链接】edk2 EDK II 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ed/edk2

引言：RISC-V固件调试的痛点与解决方案

在RISC-V架构（精简指令集计算机第五代架构）的固件开发中，开发者常面临三大挑战：缺乏成熟调试工具链、硬件平台适配复杂、固件启动流程不透明。本文将系统讲解如何基于EDK II（EFI开发工具包第二代）构建QEMU（快速模拟器）与GDB（GNU调试器）的联合调试环境，解决RISC-V UEFI（统一可扩展固件接口）固件的开发调试难题。

完成本文学习后，你将掌握：

EDK II RISC-V平台的调试配置方法
QEMU虚拟化环境的调试参数设置
GDB远程调试会话的建立与常用调试技巧
固件启动流程中的关键断点设置策略

环境准备：工具链与源码获取

必要工具链安装

工具	版本要求	用途
riscv64-unknown-elf-gcc	≥10.2.0	RISC-V交叉编译器
qemu-system-riscv64	≥6.0.0	RISC-V系统模拟器
gdb-multiarch	≥9.2	多架构调试器
python3	≥3.8	辅助脚本执行
git	≥2.25.0	源码管理

在Ubuntu系统中可通过以下命令安装基础依赖：

sudo apt update && sudo apt install -y \
  gcc-riscv64-unknown-elf \
  qemu-system-misc \
  gdb-multiarch \
  git python3

EDK II源码获取

通过以下命令克隆EDK II仓库及子模块：

git clone https://gitcode.com/gh_mirrors/ed/edk2.git
cd edk2
git submodule update --init

EDK II调试版本构建

配置构建环境

初始化EDK II构建环境：

source edksetup.sh

调试版本编译参数配置

创建自定义构建配置文件Conf/tools_def.txt，添加RISC-V调试选项：

[RISCV64]
...
DEFINE GCC_RISCV64_DEBUG_FLAGS = -g -O0 -fno-omit-frame-pointer
...

构建RISC-V调试固件

使用以下命令构建QEMU目标的RISC-V64调试版本固件：

build -a RISCV64 -t GCC -p OvmfPkg/RiscVVirt/RiscVVirtQemu.dsc -b DEBUG

构建完成后，在Build/RiscVVirtQemu/DEBUG_GCC/FV目录下生成：

QEMU_EFI.fd：RISC-V UEFI固件镜像
QEMU_VARS.fd：非易失性变量存储镜像

QEMU调试环境配置

调试参数解析

QEMU启动命令的关键调试参数说明：

参数	作用
-s	等价于-gdb tcp::1234，开启GDB远程调试端口
-S	启动后暂停CPU，等待GDB连接
-machine virt	使用RISC-V virt平台
-bios	指定UEFI固件镜像路径
-serial stdio	将串口输出重定向到终端

启动QEMU调试会话

创建调试启动脚本run_qemu_debug.sh：

#!/bin/bash
qemu-system-riscv64 \
  -machine virt \
  -cpu rv64 \
  -m 2G \
  -smp 4 \
  -bios Build/RiscVVirtQemu/DEBUG_GCC/FV/QEMU_EFI.fd \
  -serial stdio \
  -s -S

添加执行权限并运行：

chmod +x run_qemu_debug.sh
./run_qemu_debug.sh

成功启动后，QEMU将显示以下信息并暂停等待GDB连接：

QEMU 6.2.0 monitor - type 'help' for more information
(qemu)

GDB调试会话建立

调试脚本编写

创建GDB初始化脚本debug.gdb：

# 设置架构
set architecture riscv:rv64

# 加载符号表
file Build/RiscVVirtQemu/DEBUG_GCC/RiscVVirtQemu.fd

# 设置远程目标
target remote localhost:1234

# 设置断点
break SecMain
break DxeMain
break BdsInitialize

# 继续执行
continue

启动GDB调试会话

在新终端中执行：

gdb-multiarch -x debug.gdb

GDB将连接到QEMU并在SecMain函数处中断，显示类似以下信息：

Breakpoint 1, SecMain () at OvmfPkg/RiscVVirt/Sec/SecMain.c:42
42      {
(gdb)

高级调试技巧

关键阶段断点设置

EDK II启动流程中的关键断点位置：

mermaid

设置符号断点示例：

# 在PEI核心入口处设置断点
break PeiCoreEntryPoint

# 在内存初始化完成后设置断点
break InitializeMemory

# 继续执行到下一个断点
continue

内存与寄存器查看

查看RISC-V通用寄存器：

(gdb) info registers
zero       0x0      0
ra         0x80000000      2147483648
sp         0x80f00000      2155890688
gp         0x80004e40      2147492416
tp         0x0      0
t0         0x1      1
t1         0x80001234      2147487284
...

查看内存内容（以16进制和ASCII格式）：

# 查看0x80000000处的内存，显示16字节
x/16xb 0x80000000

# 以32位整数格式查看4个值
x/4dw 0x80000000

固件启动日志获取

配置QEMU串口重定向到文件，保存完整启动日志：

qemu-system-riscv64 ... -serial file:debug.log

使用GDB命令将调试信息输出到文件：

set logging file gdb_debug.log
set logging on

常见问题解决

断点无法命中

问题现象：设置DxeMain断点后无法命中。

解决方案：

确认构建类型为DEBUG（非RELEASE）
检查符号表是否正确加载：info functions DxeMain
尝试使用地址断点替代符号断点：

# 获取DxeMain函数地址
info address DxeMain
# 假设返回0x80200000，则设置地址断点
break *0x80200000

QEMU启动卡死

问题现象：QEMU启动后无输出，CPU占用率100%。

解决方案：

检查固件镜像路径是否正确
确认QEMU版本支持RISC-V virt平台（≥6.0.0）
减少分配内存：-m 1G（某些环境下2G内存可能导致问题）

GDB连接超时

问题现象：target remote localhost:1234失败，提示连接超时。

解决方案：

确认QEMU已使用-s参数启动
检查本地1234端口是否被占用：netstat -tln | grep 1234
尝试更换调试端口：qemu ... -gdb tcp::1235，GDB中对应使用target remote localhost:1235

调试实战：跟踪RISC-V中断处理流程

中断向量表设置断点

在RISC-V中断向量表初始化处设置断点：

break InitializeInterrupts
continue

跟踪异常处理流程

查看中断处理函数调用栈：

# 触发中断后查看调用栈
bt

# 查看当前执行上下文
frame 0

# 反汇编当前函数
disassemble

总结与进阶

环境搭建关键点回顾

确保EDK II构建时启用调试符号（-b DEBUG参数）
QEMU必须使用-s -S参数启动以支持GDB调试
GDB需加载正确的符号表文件以解析函数名和变量

进阶学习路径

源码级调试：结合EDK II源码理解固件启动流程
UEFI协议调试：使用uefi_debug库函数打印协议信息
设备驱动调试：针对特定硬件设备驱动设置条件断点
覆盖率分析：结合gcov工具分析测试覆盖率

常用调试命令速查表

功能	GDB命令
设置断点	`break <函数名/地址>`
查看断点	`info breakpoints`
单步执行	`step` 或 `s`
继续执行	`continue` 或 `c`
查看调用栈	`backtrace` 或 `bt`
打印变量	`print <变量名>` 或 `p <变量名>`
内存查看	`x/<n><f><u> <地址>`
修改变量	`set var <变量名>=<值>`
反汇编	`disassemble <函数名>`

通过本文介绍的方法，开发者可以构建完整的EDK II RISC-V调试环境，有效定位和解决固件开发中的问题。建议结合EDK II官方文档和RISC-V架构手册深入理解固件运行机制，提升调试效率。

附录：EDK II RISC-V调试配置文件

RiscVVirtQemu.dsc关键调试配置

以下是OvmfPkg/RiscVVirt/RiscVVirtQemu.dsc中与调试相关的关键配置：

[Defines]
  ...
  DEFINE DEBUG_ON_SERIAL_PORT    = TRUE
  DEFINE BUILD_SHELL             = TRUE
  ...

[BuildOptions]
  ...
!ifdef $(SOURCE_DEBUG_ENABLE)
  GCC:*_*_RISCV64_GENFW_FLAGS    = --keepexceptiontable
!endif
  ...

QEMU启动脚本完整版

#!/bin/bash
# 调试版固件路径
FIRMWARE_PATH="Build/RiscVVirtQemu/DEBUG_GCC/FV/QEMU_EFI.fd"
# 变量存储路径
VARS_PATH="Build/RiscVVirtQemu/DEBUG_GCC/FV/QEMU_VARS.fd"
# 调试端口
DEBUG_PORT=1234

# 检查固件文件是否存在
if [ ! -f "$FIRMWARE_PATH" ]; then
  echo "错误：固件文件 $FIRMWARE_PATH 不存在，请先构建调试版本"
  exit 1
fi

# 创建变量存储文件（如果不存在）
if [ ! -f "$VARS_PATH" ]; then
  dd if=/dev/zero of="$VARS_PATH" bs=1M count=64
fi

# 启动QEMU调试会话
qemu-system-riscv64 \
  -machine virt \
  -cpu rv64 \
  -m 2G \
  -smp 4 \
  -bios "$FIRMWARE_PATH" \
  -drive file="$VARS_PATH",format=raw,if=virtio \
  -serial stdio \
  -monitor telnet:localhost:5555,server,nowait \
  -gdb tcp::$DEBUG_PORT \
  -S

【免费下载链接】edk2 EDK II 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ed/edk2

创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考