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动态模块加载的调试经验

发布于 2021-03-25 14:05:08 浏览：1912 订阅该版

[tocm]

# 动态模块加载的调试经验

## 问题一

在调试基于 ZYNQ7000 的动态模块加载功能时，发现动态模块在加载到内存中后，去执行相关代码时，大概率系统会跑飞掉，有时会执行一些莫名其妙的指令，出现 undefined instruction 错误，或者是代码跑飞掉，pc 运行到一些神奇的地址，例如 0x00000004，这种位置，导致 data abort。

经过几轮调试，没有发现系统中有什么逻辑上的 bug，陷入僵局。后来经高手提示，检查在动态加载的过程中对 cache 是否进行了正确处理，这才找到问题所在。

如果在跳转到动态模块的入口地址运行程序前，没有对 cache 进行正确操作，那么很有可能加载的数据还在 cache 中，还没有被成功写入到内存中正确的位置，此时去运行该地址中的指令，则会发现，这些指令都是一些乱码，导致系统行为异常。

因此，在跳转到动态模块入口地址运行前，需要对 cache 执行如下操作：

- `flush dcache`      将数据 cache 中的数据写入到内存中
- `invalid icache`    将指令 cache 中的数据无效化，重新读取后续要执行的指令

通过这两个操作，就可以保证我们加载的动态模块被实实在在地写入了内存中，无效指令cache，使得接下来 cpu 要执行的指令也确实是我们加载到内存中的，动态模块的指令。

### 结论

发现数据异常，执行的相关指令为非常奇怪的指令时，可以查看相关内存，检查是否是由于 cache 没能同步导致的。

## 问题二

目前动态模块加载功能还有如下待完善的地方：

1. 在初始化全局指针的时候，不能将其设置为某个全局变量的地址，因为全局变量的地址是在加载完成后才确定的（利用寄存器指定加载基地址加偏移量进行寻址），这种写法可能会导致初始化失败。

2. 动态模块中所有需要重定位的符号，都需要在加载的过程中就进行重定位，而没有进行延时加载（即第一次调用时去查找替换），又不可以利用系统调用，这就导致了加载速度较慢。

3. 使用动态模块加载时，如果发现有些符号在系统中找不到，在编译的过程中是不会提示错误的，只有在代码运行时，尝试查找相关符号时才会报错，这将加大调试难度。

### 结论

使用微内核（通过设备访问驱动程序，通过系统调用与内核交互）可以解决这些问题，内核与应用就可以单独编译，并且不存在加载慢的问题。但是有些芯片可能没有附带 MMU，不是很方便使用微内核。

## 问题三

在使用 `coremark` 进行动态模块性能测试时，运行时解析发现缺少 `__aeabi_uidiv` 符号，该符号是工具链 c 库函数中提供的。在代码中没有显式调用，在编译过程中，如果发现代码中进行了除法运算，则尝试使用工具链 C 库中提供的 `__aeabi_uidiv` 函数来完成，该调用过程满足 arm 过程调用标准。

解决这个问题有两种思路：

- 第一种是将缺少的符号实现链接到动态模块上，但是这种方式目前无法实现，目前的编译方法（编译成 elf 共享库的方式），如果遇到这种符号的处理办法是，先不进行重定位，到加载运行时在进行重定位。

- 第二种思路是在内核中，将缺少的符号导出到动态模块查询的符号表中，理论上在实际内核中肯定是调用了这个符号的，但是因为没有使用 `RTM_EXPORT` 命令导出，所以在重定位时找不到相应的符号。添加该符号的方法如下所示：

```
extern __aeabi_uidiv;
RTM_EXPORT(__aeabi_uidiv);
```

### 结论

需要了解 elf 的不同格式以及加载方式，可以参考 ELF for the ARM® Architecture。