笔者来聊聊断点以及断点的调试
1、断点原理
断电的原理一般分为两种，插入断点指令或者利用硬件调试寄存器进行断点。
- 前者程序如果在RAM（SRAM、DDR）上，则调试器可以直接在断点地址处插入断点指令，例如BKPT（ARM）、HLT指令（x86），程序则可暂停，后续可以单步运行等操作。
- 后者程序如果在ROM/Flash运行，调试器无法改写ROM或者Flash的内容，需要利用硬件支持的寄存器特性去进行调试。
Cortex-M3/4，利用Flash补丁或者断点单元（FPB）中的地址比较器进行设置断点，还有多个调试寄存器辅助调试，例如暂停、获取寄存器数据以及传递数据等。例如一个调试控制寄存器如下：
- 支持暂停内核
- 单步运行处理器
- 单步时屏蔽中断
- 读写状态等
- …
调试访问的主要架构（CoreSight）如下所示：以CortexM3为例，
- DP（Debug Port）：调试端口，SWD下面称为SW-DP，JTAG下面称为JTAG-DP，将调试协议转为内部调试总线协议（32位的总线协议，与AMBA3.0规范中的高级外设总线APB非常类似）。
- AP（Acess Port）：访问端口，有AHB-AP模块，可以将内部调试总线协议转成高速性能总线，可以获取所有存储器、外设以及处理器内部的寄存器等数据。
接着来看一下SWD和Jtag链接时，扫描出的DP和AP端口。
SWD 链接时扫描DP和AP端口
- Found SW-DP with ID 0x1BA01477
- DPIDR: 0x1BA01477
- Scanning AP map to find all available APs
- AP[1]: Stopped AP scan as end of AP map has been reached
- AP[0]: AHB-AP (IDR: 0x14770011)
- Iterating through AP map to find AHB-AP to use
- AP[0]: Core found
- AP[0]: AHB-AP ROM base: 0xE00FF000
- CPUID register: 0x411FC231. Implementer code: 0x41 (ARM)
- Found Cortex-M3 r1p1, Little endian.
JTAG 链接时扫描DP和AP端口，支持菊花链，多个被调试主控串联起来。
- TotalIRLen = 9, IRPrint = 0x0011
- JTAG chain detection found 2 devices:
- #0 Id: 0x3BA00477, IRLen: 04, CoreSight JTAG-DP
- #1 Id: 0x06414041, IRLen: 05, STM32 Boundary Scan
- DPv0 detected
- Scanning AP map to find all available APs
- AP[1]: Stopped AP scan as end of AP map has been reached
- AP[0]: AHB-AP (IDR: 0x14770011)
- Iterating through AP map to find AHB-AP to use
- AP[0]: Core found
- AP[0]: AHB-AP ROM base: 0xE00FF000
- CPUID register: 0x411FC231. Implementer code: 0x41 (ARM)
- Found Cortex-M3 r1p1, Little endian.
2、断点分类
2.1、实现原理分类
- 硬件断点：
- 与芯片架构内核相关，调试器需要设置对应的断点寄存器
- 应用于Flash、ROM以及RAM等区域
- 数量有限
CortexM3-M4的很多芯片比如STM32F1 F4都是Flash执行代码，所以只能设置onchip断点，且只有6个，多了会报错。
-
软件断点：
- 调试器利用断点指令，在断点地址处插入断点指令
- 在RAM（RAM、TCM以及DDR）等区域，
- 断点数量无限
-
ETM断点：
- ARM部分芯片特有，CortexM系列没有
- 设置ARM Coresight ETM寄存器来实现
- 数量有限
2.2、使用场景分类
-
程序断点
- 程序运行到指定位置，则停止CPU
- 可以是软件断点或者硬件断点
-
读写断点
- 只能是硬件断点
- 指定内存/变量，发生读写行为时，停下CPU
-
数据断点
- 只能是硬件断点，
- 指定内存/变量发生读写指定值时，停下CPU
- 和读写断点，类似，只不过加了更细节的条件
-
高级断点
- 只能是硬件断点
- 增加了更细节的条件，满足一定条件后停止，比如read 10次之后停止，又比如，当变量值>某个值时，然后停止。
2.3、对CPU的影响分类
- 侵入式断点
- 对CPU执行有影响，不断停下CPU，对相应的值或者条件判断，
- 非侵入式断点
- 对CPU执行没有影响，
- 对CPU执行没有影响，
3、断点调试
-
方法一：双击程序所在行即可设置对应的行断点
-
方法二：利用symbol符号进行设置断点
-
方法三：利用窗口进行设置：
-
命令行设置：b.set addr/addr-range/name /options 后面可以跟地址、地址范、symbol名字以及选项
- b.set 0x1000005FC 在0x1000005FC 地址处设置断点
- b.set mstatic1 /readwrite 读写 mstatic1 该变量时，停止运行
- b.set mstatic1 /write /DATA.Long 0xC 当变量mstatic1 写成0xC时，停止运行
- b.set mstatic1 /Write /COUNT 10 当变量mstatic1被循环写10次之后，停止运行
- b.set mstatic1 /Write /VarCONDition mstatic1>0xC 当变量mstatic1大于0xC时，停止断点
4、参考以及附录
Trace32 官方文档：5 断点.pdf
SWD 链接的打印完整log。
Connecting ...
- Connecting via USB to probe/ programmer device 0
- Probe/ Programmer firmware: J-Link V9 compiled May 7 2021 16:26:12
- Device "STM32F105RC" selected.
- Target interface speed: 4000 kHz (Fixed)
- VTarget = 3.372V
- InitTarget() start
- InitTarget() end
- Found SW-DP with ID 0x1BA01477
- DPIDR: 0x1BA01477
- Scanning AP map to find all available APs
- AP[1]: Stopped AP scan as end of AP map has been reached
- AP[0]: AHB-AP (IDR: 0x14770011)
- Iterating through AP map to find AHB-AP to use
- AP[0]: Core found
- AP[0]: AHB-AP ROM base: 0xE00FF000
- CPUID register: 0x411FC231. Implementer code: 0x41 (ARM)
- Found Cortex-M3 r1p1, Little endian.
- FPUnit: 6 code (BP) slots and 2 literal slots
- CoreSight components:
- ROMTbl[0] @ E00FF000
- ROMTbl[0][0]: E000E000, CID: B105E00D, PID: 001BB000 SCS
- ROMTbl[0][1]: E0001000, CID: B105E00D, PID: 001BB002 DWT
- ROMTbl[0][2]: E0002000, CID: B105E00D, PID: 000BB003 FPB
- ROMTbl[0][3]: E0000000, CID: B105E00D, PID: 001BB001 ITM
- ROMTbl[0][4]: E0040000, CID: B105900D, PID: 001BB923 TPIU-Lite
- ROMTbl[0][5]: E0041000, CID: B105900D, PID: 101BB924 ETM-M3
- Executing init sequence ...
- Initialized successfully
- Target interface speed: 4000 kHz (Fixed)
- Found 1 JTAG device. Core ID: 0x1BA01477 (None)
- Connected successfully
JTag 链接的打印完整log。
Connecting ...
- Connecting via USB to probe/ programmer device 0
- Probe/ Programmer firmware: J-Link ARM V8 compiled Nov 28 2014 13:44:46
- Device "STM32F103RC" selected.
- Target interface speed: 4000 kHz (Fixed)
- VTarget = 3.338V
- InitTarget() start
- TotalIRLen = 9, IRPrint = 0x0011
- JTAG chain detection found 2 devices:
- #0 Id: 0x3BA00477, IRLen: 04, CoreSight JTAG-DP
- #1 Id: 0x06414041, IRLen: 05, STM32 Boundary Scan
- InitTarget() end
- TotalIRLen = 9, IRPrint = 0x0011
- JTAG chain detection found 2 devices:
- #0 Id: 0x3BA00477, IRLen: 04, CoreSight JTAG-DP
- #1 Id: 0x06414041, IRLen: 05, STM32 Boundary Scan
- DPv0 detected
- Scanning AP map to find all available APs
- AP[1]: Stopped AP scan as end of AP map has been reached
- AP[0]: AHB-AP (IDR: 0x14770011)
- Iterating through AP map to find AHB-AP to use
- AP[0]: Core found
- AP[0]: AHB-AP ROM base: 0xE00FF000
- CPUID register: 0x411FC231. Implementer code: 0x41 (ARM)
- Found Cortex-M3 r1p1, Little endian.
- FPUnit: 6 code (BP) slots and 2 literal slots
- CoreSight components:
- ROMTbl[0] @ E00FF000
- ROMTbl[0][0]: E000E000, CID: B105E00D, PID: 001BB000 SCS
- ROMTbl[0][1]: E0001000, CID: B105E00D, PID: 001BB002 DWT
- ROMTbl[0][2]: E0002000, CID: B105E00D, PID: 000BB003 FPB
- ROMTbl[0][3]: E0000000, CID: B105E00D, PID: 001BB001 ITM
- ROMTbl[0][4]: E0040000, CID: B105900D, PID: 001BB923 TPIU-Lite
- ROMTbl[0][5]: E0041000, CID: B105900D, PID: 101BB924 ETM-M3
- Executing init sequence ...
- Initialized successfully
- Target interface speed: 4000 kHz (Fixed)
- Found 2 JTAG devices. Core ID: 0x3BA00477 (None)
- Connected successfully
