使用 arm-none-eabi-gdb 和 probe-rs 实现程序调试

本文档介绍在嵌入式开发中结合 arm-none-eabi-gdb 与 probe-rs 工具链进行调试的常见流程、安装提示和常用命令示例.大部分玩嵌入式的同学用的是Windows且可能不太愿意折腾WSL，所以本文档基于Windows平台.

参考文档:probe-rs 官方文档

先决条件

  • 已编译带符号的 ELF 文件(通常为 debug 构建):例如 target/<target>/debug/your-project.

  • 已安装适当的交叉工具链:arm-none-eabi-gdb(来自 GNU Arm Embedded Toolchain 或通过包管理器).

安装 probe-rs(参考)或者pyocd

安装 probe-rs (Windows)

irm https://github.com/probe-rs/probe-rs/releases/latest/download/probe-rs-tools-installer.ps1 | iex
# 如果用rust可以使用
cargo install probe-rs cargo-flash cargo-embed
# pyocd系列，因为我个人不使用，所以不做介绍
pip install pyocd

安装完毕后应该能使用三个命令:

  • probe-rs

  • cargo-flash

  • cargo-embed

接着建议安装VSCode probe-rs 拓展, 即使没有安装成功它也会询问是否安装probe-rs.

调试流程(概览)

1. 构建带符号的固件

  • Rust:cargo build --target <target>(生成 ELF)

  • C/C++:(正常我们是这个)使用交叉编译器生成 ELF.

2. 使用传统方式

启动一个 GDB server(由 probe-rs 提供)，使目标硬件通过 probe 与主机建立通信.通常 probe-rs 会在某个端口(例如 3333)提供 GDB 协议服务.

  • 示例(启动 gdb server 的方式可能随工具不同而异):

probe-rs gdb --chip <chip> <path/to/your.elf>

该命令会打开与 probe 的连接，并启动一个可供 arm-none-eabi-gdb 连接的 GDB server.请参考你安装的 probe-rs 工具的具体子命令与选项.

如果工具没有相关芯片可以使用--chip-description-path选项替换--chip，描述文件可以通过target-gen转换标准cmsis的.pack文件获得

2. 使用新版方式(VSCode官方插件只支持这个，更友好)

我没有在Clion中尝试过这个方法，但是Vscode中调试Py32是成功的，此外probe-rs不能用cortex-debug.

具体操作办法参考官方

简而言之，就是配置好launch.json就能实现调试了，断点、单步读取变量都没有太大问题。

3. 在主机端打开 arm-none-eabi-gdb 并加载 ELF(以下都是传统gdb方案)

arm-none-eabi-gdb <path/to/your.elf>

4. 在 gdb 内连接到远端 GDB server

(gdb) target remote :1337

5. 初始化目标(可选)

(gdb) monitor reset halt
# OR
(gdb) monitor reset init

6. 加载程序到目标(如果尚未由 server 自动加载)

(gdb) load

7. 设置断点并运行

(gdb) break main
(gdb) continue

8. 使用单步、查看寄存器、内存等进行调试，结束后断开连接

(gdb) monitor halt
(gdb) detach

使用Clion中自定义gdb服务器可以简化每次繁琐的命令输入，自行查阅相关资料配置(也就是你先输入一边预设，以后点击按钮就是Clion帮你敲命令)

常用 gdb 命令速查

  • 启动与连接

    • arm-none-eabi-gdb <path/to.elf>:以符号文件启动 gdb

    • target remote :3333:连接到本地 3333 端口的 GDB server

  • 断点与运行

    • break SYMBOL / b SYMBOL:在函数或符号处设断点

    • break *0xADDR:在绝对地址设断点

    • delete:删除断点

    • continue / c:继续执行

    • step / s:单步进入(会进入函数)

    • next / n:单步但不进入函数

    • finish:执行至当前函数返回

  • 程序加载与控制

    • load:将 ELF 加载到目标(在远端调试时常用)

    • monitor reset / monitor reset halt:通过 gdb server 复位目标并暂停(server 实现支持时可用)

    • monitor halt / monitor resume:通过 server 控制目标运行状态

  • 查看状态

    • info registers:显示寄存器

    • info breakpoints:列出断点

    • info threads:列出线程(若支持)

    • thread apply all bt:在所有线程上打印回溯

  • 读取与写入内存/变量

    • x/<n><fmt> ADDRESS:以指定格式显示内存(例 x/16xb 0x20000000)

    • print VAR / p VAR:打印变量(包含结构的字段)

    • p/x $pc:以十六进制打印程序计数器

    • set VAR = VALUE:修改变量(在允许的情况下)

    • set $pc = 0xADDR:修改寄存器

  • 其它有用命令

    • layout asm, layout regs:TUI 模式下显示汇编/寄存器(需启用 TUI)

    • maint print symbols:调试符号信息(维护用途)

常见问题与调试技巧

  • 如果无法连接:确认 probe 已插好、电源正常，并且 probe-rs 的 gdb server 正在运行且监听端口(默认 3333).

  • 符号不匹配或行号不正确:确保 gdb 中加载的 ELF 是用相同版本和构建选项生成的带符号二进制.

  • 硬件断点耗尽:部分芯片硬件断点数目有限，使用软件断点或将断点移到更集中位置.

  • 使用 monitor 前缀命令可以通过 gdb server 发送原始控制命令(server 支持的命令集不同，请参阅对应实现文档).

参考

  • probe-rs 官方仓库与文档(查看最新的子命令与使用示例)

  • GNU Arm Embedded Toolchain 文档(关于 arm-none-eabi-gdb 的使用)