指令执行的踪迹 - itrace
首先写好一个环形缓冲区的代码，把反汇编的字符串存到环形缓冲区中，然后执行完代码在打印出来。
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <stdbool.h> #include <string.h> #define IRINGBUF_SIZE 16 #define LOGBUF_SIZE 128 // 定义环形缓冲区结构体 typedef struct { char buffer[IRINGBUF_SIZE][LOGBUF_SIZE]; // 每个环形缓冲器的格子里面放一个字符串 int head; int count; } CircularBuffer; void initBuffer(CircularBuffer *cb){ //strcpy(cb->buffer , (char *)malloc(sizeof(char) * IRINGBUF_SIZE * LOGBUF_SIZE)); cb->head = 0; cb->count = 0; } void enqueue(CircularBuffer *cb, const char *logbuf) { strncpy(cb->buffer[cb->head], logbuf, LOGBUF_SIZE - 1); cb->buffer[cb->head][LOGBUF_SIZE - 1] = ' '; cb->head = (cb->head + 1) % IRINGBUF_SIZE; //能直接15+1变成0 if (cb->count < IRINGBUF_SIZE) { cb->count++; } } void printBuffer(CircularBuffer *cb) { if (cb->count == 0) { //printf("缓冲区为空n"); return; } int idx = (cb->head + IRINGBUF_SIZE - cb->count) % IRINGBUF_SIZE; for (int i = 0; i < cb->count; i++) { if(i == cb->count-1){ printf("->%sn", cb->buffer[(idx + i) % IRINGBUF_SIZE]); } else{ printf(" %sn", cb->buffer[(idx + i) % IRINGBUF_SIZE]); } } } static void execute(uint64_t n) { Decode s; initBuffer(&cb); // 初始化环形缓冲区，大小为BUFFER_SIZE for (;n > 0; n --) { exec_once(&s, cpu.pc); g_nr_guest_inst ++; trace_and_difftest(&s, cpu.pc); if (nemu_state.state != NEMU_RUNNING) {break;} IFDEF(CONFIG_DEVICE, device_update()); }/*条件编译宏，如果CONFIG_DEVICE被定义，则调用device_update函数，如果 CONFIG_DEVICE 没有被定义， 这一行什么都不会生成（等价于被注释掉）。*/ printBuffer(&cb); } 内存访问的踪迹 - mtrace
只需要在paddr_read()和paddr_write()中进行记录即可.
//读物理地址 word_t paddr_read(paddr_t addr, int len) { //printf("进来了n"); if (likely(in_pmem(addr))) { //printf("进来了n"); IFDEF(CONFIG_MTRACE, Log("read in address = " FMT_PADDR ", len = %dn", addr, len)); return pmem_read(addr, len); } IFDEF(CONFIG_DEVICE, return mmio_read(addr, len)); //printf(""); out_of_bound(addr); return 0; } //写物理地址 void paddr_write(paddr_t addr, int len, word_t data) { if (likely(in_pmem(addr))) { pmem_write(addr, len, data); IFDEF(CONFIG_MTRACE, Log("write in address = " FMT_PADDR ", len = %d, data = " FMT_WORD "n", addr, len, data)); return; } IFDEF(CONFIG_DEVICE, mmio_write(addr, len, data); return); out_of_bound(addr); //Log("weiwei"); } FTRACE
首先要知道ftrace是用来追踪程序执行过程中的函数调用和返回的。函数的调用和返回一般要使用jal和jalr这两条指令，然后去看下反汇编，发现call行为发生在当rd=1时候的jal中和当rd=1的或者rd=0，imm=0的jalr中，return发生在当inst=0x00008067中。
INSTPAT("??????? ????? ????? ??? ????? 11011 11", jal , J, R(rd) = s->pc + 4; s->dnpc = s->pc + imm; IFDEF(CONFIG_FTRACE, { if (rd == 1) { call_trace(s->pc, s->dnpc); }}) ); INSTPAT("??????? ????? ????? 000 ????? 11001 11", jalr , I, R(rd) = s->pc + 4; s->dnpc = (src1 + imm) & (~1); IFDEF(CONFIG_FTRACE,{ if (s->isa.inst == 0x00008067) ret_trace(s->pc); else if (rd == 1) {call_trace(s->pc, s->dnpc);} else if (rd == 0 && imm == 0) {call_trace(s->pc, s->dnpc);} }) ); 然后你需要传输elf文件给nemu
可以通过parse_args()函数来实现这一功能。
首先定义一个elf文件
static char *elf_file = NULL; void sdb_set_batch_mode(); //批处理模式 static char *log_file = NULL; static char *diff_so_file = NULL; static char *img_file = NULL; static int difftest_port = 1234; 然后在parse_args()函数中传入参数
static int parse_args(int argc, char *argv[]) { const struct option table[] = { {"batch" , no_argument , NULL, 'b'}, {"log" , required_argument, NULL, 'l'}, {"diff" , required_argument, NULL, 'd'}, {"port" , required_argument, NULL, 'p'}, {"ftrace" , required_argument, NULL, 'f'}, {"help" , no_argument , NULL, 'h'}, {0 , 0 , NULL, 0 }, }; int o; while ( (o = getopt_long(argc, argv, "-bhl:d:p:f:e:", table, NULL)) != -1) { switch (o) { case 'b': sdb_set_batch_mode(); break; case 'p': sscanf(optarg, "%d", &difftest_port); break; case 'l': log_file = optarg; break; case 'f': elf_file = optarg; break; case 'd': diff_so_file = optarg; break; case 1: img_file = optarg; return 0; default: printf("Usage: %s [OPTION...] IMAGE [args]nn", argv[0]); printf("t-b,--batch run with batch moden"); printf("t-l,--log=FILE output log to FILEn"); printf("t-f,--ftrace=ELF_FILE ftrace ELF to logn"); printf("t-d,--diff=REF_SO run DiffTest with reference REF_SOn"); printf("t-p,--port=PORT run DiffTest with port PORTn"); printf("n"); exit(0); } } 除此之外需要在AM的Makefile中写入参数如下:
NEMUFLAGS += -f $(IMAGE).elf
现在elf算是正确传入nemu中了。
于是现在需要处理elf文件了，初始化一下elf文件，采用之前KCONFIIG中宏定义的方式
void init_monitor(int argc, char *argv[]) { /* Perform some global initialization. */ /* Parse arguments.通过getopt_long传进来的参数决定后面的行为 */ parse_args(argc, argv); /* parse elf file*/ //printf("%s!!",elf_file); #ifdef CONFIG_FTRACE parse_elf(elf_file); #endif // parse_elf(elf_file); /* Set random seed. */ init_rand(); /* Open the log file. */ init_log(log_file); /* Initialize memory. */ init_mem(); /* Initialize devices. */ IFDEF(CONFIG_DEVICE, init_device());//如果定义了device，那就初始化device，晚点看。 /* Perform ISA dependent initialization. */ init_isa(); /* Load the image to memory. This will overwrite the built-in image. */ long img_size = load_img(); /* Initialize differential testing. */ init_difftest(diff_so_file, img_size, difftest_port); // printf("diff_so_file = %sn",diff_so_file); // printf("img_size = %ldn",img_size); /* Initialize the simple debugger. */ init_sdb(); IFDEF(CONFIG_ITRACE, init_disasm()); /*parse ftrace*/ /* Display welcome message. */ welcome(); } #else // CONFIG_TARGET_AM static long load_img() {1 extern char bin_start, bin_end; size_t size = &bin_end - &bin_start; Log("img size = %ld", size); memcpy(guest_to_host(RESET_VECTOR), &bin_start, size); return size; } 这里先将ftrace.c的代码贴出
//#include <device/map.h> #include <fcntl.h> #include <elf.h> #include <unistd.h> #include <common.h> typedef struct SymbolEntry { char name[128]; //函数名 unsigned char info; //ELF符号类型信息 paddr_t address; //函数起始地址 word_t size; //函数大小 } SymbolEntry; static SymbolEntry* sym_entrys = NULL; static uint32_t sym_num = 0; static uint32_t call_depth = 0; static uint32_t trace_func_call_flag = 0; void init_symtab_entrys(FILE *elf_file) { if (elf_file == NULL) assert(0); Elf32_Ehdr ehdr; int result = fread(&ehdr, sizeof(Elf32_Ehdr), 1, elf_file); assert(&ehdr != NULL && result == 1); // 检查 ELF 魔数 16进制打开所有的elf文件前四个必须是这四个 if (ehdr.e_ident[0] != 0x7F || ehdr.e_ident[1] != 'E' || ehdr.e_ident[2] != 'L' || ehdr.e_ident[3] != 'F') { printf("Not a ELF filen"); exit(0); } Elf32_Shdr *shdrs = malloc(sizeof(Elf32_Shdr) * ehdr.e_shnum);//申请节头表的内存空间 assert(shdrs != 0); result = fseek(elf_file, ehdr.e_shoff, SEEK_SET); //根据文件的开头和偏移跳转到段表 assert(result == 0); result = fread(shdrs, sizeof(Elf32_Shdr), ehdr.e_shnum, elf_file);//从文件中读取shnum个节头，每个节点的大小是sizeof elfshdr assert(result != 0); //遍历节头表，查找符号表和字符串表，用偏移赋值给他 Elf32_Shdr *symtab = NULL; Elf32_Shdr *strtab = NULL; for (int i = 0; i < ehdr.e_shnum; i++) { if (shdrs[i].sh_type == SHT_SYMTAB) { symtab = shdrs + i; } if (shdrs[i].sh_type == SHT_STRTAB) { strtab = shdrs + i; } } assert(symtab != NULL); //计算符号表中条目数量 shsize是符号表的大小 shentsize是每个符号条目的大小 //两者相除得到符号表中包含的符号总数量，赋值给全局变量symnum //获得符号表在ELF文件中的偏移量 uint32_t entry_num = symtab->sh_size / symtab->sh_entsize; sym_num = entry_num; uint32_t offset = symtab->sh_offset; //符号数据在文件的起始位置的偏移量多少，用于后面进来读取具体内容。 //把符号表的内容读取到symbol tables中，从 ELF 文件中读取 entry_num 个符号，存入 symbol_tables 数组中。 Elf32_Sym *symbol_tables = malloc(sizeof(Elf32_Sym) * entry_num); result = fseek(elf_file, offset, SEEK_SET); assert(result == 0); result = fread(symbol_tables, sizeof(Elf32_Sym), entry_num, elf_file); assert(result != 0); // 初始化自定义符号表 sym_entrys = malloc(sizeof(SymbolEntry) * entry_num); char *str = malloc(strtab -> sh_size); int str_result = fseek(elf_file, strtab -> sh_offset, SEEK_SET); assert(str_result == 0); str_result = fread(str, 1, strtab -> sh_size, elf_file); assert(str_result != 0); assert(str != NULL); //把strtab中的str解析出来。 for (int i = 0; i < entry_num; i++) { strcpy(sym_entrys[i].name, str + symbol_tables[i].st_name); sym_entrys[i].info = symbol_tables[i].st_info; sym_entrys[i].address = (paddr_t) symbol_tables[i].st_value; sym_entrys[i].size = (word_t) symbol_tables[i].st_size; } free(shdrs); free(symbol_tables); free(str); } void parse_elf(const char *elf_file) { if (elf_file == NULL) { return; } Log("The elf file is %sn", elf_file); trace_func_call_flag = 1; FILE *file = fopen(elf_file, "rb"); assert(file != NULL); init_symtab_entrys(file); } char *get_function_name_by_addres(paddr_t addr) { for (int i = 0; i < sym_num; i++) { if (ELF32_ST_TYPE(sym_entrys[i].info) == STT_FUNC) { if (addr >= sym_entrys[i].address && addr < (sym_entrys[i].size + sym_entrys[i].address)) { return sym_entrys[i].name; } } } return NULL; } void call_trace(paddr_t pc, paddr_t target) { if (trace_func_call_flag == 0) return; ++call_depth; char *name = get_function_name_by_addres(target); Log(FMT_PADDR ":%*scall [%s@" FMT_PADDR "]n", pc, call_depth , "", name, target); } void ret_trace(paddr_t pc) { if (trace_func_call_flag == 0) return; char *name = get_function_name_by_addres(pc); Log(FMT_PADDR ":%*sret [%s]n",pc, call_depth , "", name); --call_depth; } 重点来看一下这个init_symtab_entrys函数。
第一行把elf文件拖进来，如果不存在那就assert。
然后定义一个Elf32_Ehdr的变量ehdr并且把传进来的elf文件的文件头结构体传进来，重要字段包括
- e_ident:魔数和文件类型标识
- e_shnum:头节表项大小和数量
- e_shoff:头节表偏移（用于定位符号表等）
首先根据ELF头中的e_shnum分配一块数组，用来存放所有节头。
根据ehdr.e_shoff的偏移和elf_file的开头跳转到段表。
并冲文件中读取到ehdr.e_shnum个节头。
随后遍历节头表并且寻找里面的符号包和字符串表。
symtab->sh_size是符号表的大小
symtab->sh_entsize是每个符号条目的大小
而这俩相除可以得到符号表条目的数量。
然后获得符号数据在文件的起始位置的偏移量。
然后把符号表的内容读取到symbol_tables中，
sym_entrys = malloc(sizeof(SymbolEntry) * entry_num);
为 entry_num 个符号分配一个自定义符号条目数组
然后把所需的name info address存进去
大概流程总结一下：
1.用fopen打开ELF文件并读取ELF头（Elf32_Ehdr）,校验一下ELF的魔数。
2.根据 ELF 头的 e_shoff/e_shnum，定位并读入所有节头表（Elf32_Shdr 数组）。
3.在节头表中找到符号表节（sh_type == SHT_SYMTAB），记下：
符号节偏移 sh_offset、大小 sh_size、每项大小 sh_entsize。
正确做法：用 symtab->sh_link 找到“与符号表关联的字符串表节索引”，然后取出该字符串表节作为符号名表（不要随便用第一个 SHT_STRTAB）。
4.计算条目数：entry_num = sh_size / sh_entsize，分配数组读取所有 Elf32_Sym 条目（fseek→fread）。
5.读出字符串表：fseek 到字符串表的 sh_offset，分配缓冲区并 fread 整个字符串表数据。
6.遍历每个符号条目，提取并保存：
sym_entrys[i].info = symbol_tables[i].st_info; // st_info
sym_entrys[i].address = (paddr_t)symbol_tables[i].st_value; // st_value
sym_entrys[i].size = (word_t)symbol_tables[i].st_size; // st_size
名字：str + symbol_tables[i].st_name（先检查 st_name < strtab->sh_size，再拷贝，避免越界，使用 strncpy）
可选过滤：只处理 ELF32_ST_TYPE(st_info) == STT_FUNC（或根据需要过滤局部/全局符号）
7.释放临时缓冲（节头表、symbol_tables、字符串表），但保留 sym_entrys 与 sym_num 供运行时查询。
8.注意事项：检查返回值、避免越界、处理 32/64 位差异、注意字节序与 sh_entsize 是否与 sizeof(Elf32_Sym) 匹配。
初始化完elf文件把重要信息放到自定义符号表中后根据pc的地址找到符号表的名字。
char *get_function_name_by_addres(paddr_t addr) { for (int i = 0; i < sym_num; i++) { if (ELF32_ST_TYPE(sym_entrys[i].info) == STT_FUNC) { if (addr >= sym_entrys[i].address && addr < (sym_entrys[i].size + sym_entrys[i].address)) { return sym_entrys[i].name; } } } return NULL; } 随后在jal和jalr中调用call和ret就行。
最后在KCONFIG中像之前一样定义config_ftrace，在monitor.c中宏定义if是否使用这个ftrace即可。
还是非常的困难的。
