【摘要】：隨著嵌入式系統復雜程度的不斷提高,調試越來越被嵌入式系統開發(fā)人員所重視。對于諸如嵌入式操作系統和并發(fā)程序等具有不確定性的程序,傳統的循環(huán)調試是不夠的�？赡嬲{試可以很好的解決由于程序的不確定性所帶來的很多問題�；谟涗浥c重放的逆向執(zhí)行技術可以使得程序員通過記錄下來的程序執(zhí)行軌跡回滾到程序的任意點,并重演這一執(zhí)行過程。這樣程序員就可以快速的定位錯誤的根源,避免了反復重啟調試會話的麻煩,同時還可以準確的重放錯誤的場景。 基于開源的模擬器QEMU和通用調試器GDB,本文設計實現了可逆調試器PORD。PORD為嵌入式系統提供了一個高效的交叉可逆調試工具。它可以在通用的X86宿主架構上調試目標架構為ARM,SPARC,PPC或者MIPS的嵌入式系統。程序的執(zhí)行狀態(tài)主要包括寄存器狀態(tài)和內存狀態(tài)。對于寄存器狀態(tài)的保存,PORD針對不同的目標架構采用不同的保存方法。而對于內存狀態(tài)的保存,PORD對于不同的目標架構采用了統一的記錄方法。為了減少記錄執(zhí)行軌跡所需要的時間與空間開銷,檢查點可以采用不同的記錄粒度。同時PORD為X86目標架構實現了一個接近于本地執(zhí)行速度的高效可逆調試器。 PORD主要有兩部分組成。一個是通過修改QEMU而實現記錄與重放功能的虛擬機。另一部分是RGDB。RGDB通過在通用調試器GDB中擴充逆向執(zhí)行命令而實現。RGDB解析用戶命令,并且構建發(fā)送調試命令數據包到GDB調試樁。存在于虛擬機端的GDB調試樁解析收到的數據包,之后控制虛擬機執(zhí)行相應的調試命令。 實驗表明可逆調試器PORD能夠快速高效的重演程序的歷史狀態(tài)。對于調試而言,PORD記錄日志的時間與空間開銷是可以接受的。
【圖文】：

嵌入式系統可逆調試器的設計與實現盤上的目標二進制可執(zhí)行文件首先被加載器加載到QEMU的地址空間，識別出代碼段，數據段等，并找到代碼段的入口地址。之后由解碼器從代碼段的入口地址依次解碼。QEMU可以加載解析Limix下的ELF，windOSX系統下的MACH一O等文件格式。ows下的PE一COFF和Mae

拷貝宿主代碼時，去除函數頭部和末尾的返回指令ret，從而得到微操作函數中真正有意義的實際代碼。大大減少了函數調用的開銷。否則，一條目標指令對應若干條微操作，而每一個微操作又是一個函數調用，這樣得到的宿主代碼會急速膨脹，執(zhí)行效率當然也會很低。同時，為了減少微操作的個數，QEMu使用了中間變量TO，TI，TZ。這樣寄存器之間，或者寄存器與內存之間的操作被轉化為寄存器與中間變量，中間變量與內存之間的操作，大大減少了QEMIJ必須提供的微操作的個數。同時將使用頻率非常高的中間變量通過寄存器變量聲明，映射到宿主寄存器上，顯著提高了微操作執(zhí)行速度。當宿主機是PPC架構上，QEMu將TO，TI，TZ分別映射到r24，:25，r26寄存器上。另外，QEMu使用CPusTArE結構體的一個變量env在內存中模擬了目標機器的寄存器狀態(tài)。對于各個目標寄存器狀態(tài)的引用即是相對于該變量基址的偏移。由上面的微操作可以看出，對于寄存器的操作是非�；竞皖l繁的，所以QEMU將*env的地址也存放在寄存器中，以加速對于目標寄存器的訪問。對于PPC架構，env存放于r27寄存器中。QEMU正是非常巧妙的利用了這些優(yōu)化措施，既實現了QEMU的高度可移植性，，同時最大程度的降低了翻譯開銷。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TP368.1

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本文編號：2645344