# 注意事项和补充内容

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本节提供了本指南中各部分提到的一些注意事项和补充内容。

## 可用的断点和观察点

ESP32-S2 调试器支持 2 个硬件断点和 64 个软件断点。硬件断点是由 ESP32-S2 芯片内部的逻辑电路实现的，能够设置在代码的任何位置：flash 或者 IRAM 的代码区域。除此以外，OpenOCD 实现了两种软件断点：flash 断点（最多 32 个）和 IRAM 断点（最多 32 个）。目前 GDB 无法在 flash 中设置软件断点，因此除非解决此限制，否则这些断点只能由 OpenOCD 模拟为硬件断点（详细信息可以参阅 下文）。ESP32-S2 还支持 2 个观察点，所以可以观察 2 个变量的变化或者通过 GDB 命令 `watch myVariable` 来读取变量的值。请注意 menuconfig 中的 CONFIG_FREERTOS_WATCHPOINT_END_OF_STACK 选项会使用最后一个观察点，如果你想在 OpenOCD 或者 GDB 中再次尝试使用这个观察点，可能不会得到预期的结果。详情请查看 menuconfig 中的帮助文档。

## 关于断点的补充知识

使用软件 flash 模拟部分硬件断点的意思就是当使用 GDB 命令 `hb myFunction` 给某个函数设置硬件断点时，如果该函数位于 flash 中，并且此时还有可用的硬件断点，那调试器就会使用硬件断点，否则就使用 32 个软件 flash 断点中的一个来模拟。这个规则同样适用于 `b myFunction` 之类的命令，在这种情况下，GDB 会自己决定该使用哪种类型的断点。如果 `myFunction` 位于可写区域 (IRAM)，那就会使用软件 IRAM 断点，否则就会像处理 `hb` 命令一样使用硬件断点或者软件 flash 断点。

## flash 映射 vs 软件 flash 断点

为了在 flash 中设置或者清除软件断点，OpenOCD 需要知道它们在 flash 中的地址。为了完成从 ESP32-S2 的地址空间到 flash 地址的转换，OpenOCD 使用 flash 中程序代码区域的映射。这些映射被保存在程序映像的头部，位于二进制数据（代码段和数据段）之前，并且特定于写入 flash 的每一个应用程序的映像。因此，为了支持软件 flash 断点，OpenOCD 需要知道待调试的应用程序映像在 flash 中的位置。默认情况下，OpenOCD 会在 0x8000 处读取分区表并使用第一个找到的应用程序映像的映射，但是也可能会存在无法工作的情况，比如分区表不在标准的 flash 位置，甚至可能有多个映像：一个出厂映像和两个 OTA 映像，你可能想要调试其中的任意一个。为了涵盖所有可能的调试情况，OpenOCD 支持特殊的命令，用于指定待调试的应用程序映像在 flash 中的具体位置。该命令具有以下格式：

`esp appimage_offset <offset>`

偏移量应为十六进制格式，如果要恢复默认行为，可以将偏移地址设置为 `-1` 。

备注

由于 GDB 在连接 OpenOCD 时仅仅请求一次内存映射，所以可以在 TCL 配置文件中指定该命令，或者通过命令行传递给 OpenOCD。对于后者，命令行示例如下：

    openocd -f board/esp32s2-kaluga-1.cfg -c "init; halt; esp appimage_offset 0x210000"

另外还可以通过 OpenOCD 的 telnet 会话执行该命令，然后再连接 GDB， 不过这种方式似乎没有那么便捷。

## “next” 命令无法跳过子程序的原因

当使用 `next` 命令单步执行代码时，GDB 会在子程序的前面设置一个断点，这样就可以跳过进入子程序内部的细节。如果 2 个断点都已经设置好，那么 `next` 命令将不起作用。在这种情况下，请删掉其他断点以使其中一个变得可用。当所有断点都已经被使用时，`next` 命令会像 `step` 命令一样工作，调试器就会进入子程序内部。

## OpenOCD 支持的编译时的选项

ESP-IDF 有一些针对 OpenOCD 调试功能的选项可以在编译时进行设置：

- CONFIG_ESP_DEBUG_OCDAWARE 默认会被使能。如果程序抛出了不可修复或者未处理的异常，并且此时已经连接上了 JTAG 调试器（即 OpenOCD 正在运行），那么 ESP-IDF 将会进入调试器工作模式。

- CONFIG_FREERTOS_WATCHPOINT_END_OF_STACK 默认没有使能。在所有任务堆栈的末尾设置观察点，从 1 号开始索引。这是调试任务堆栈溢出的最准确的方式。

更多有关设置编译时的选项的信息，请参阅 项目配置菜单。

## 支持 FreeRTOS

OpenOCD 完全支持 ESP-IDF 自带的 FreeRTOS 操作系统，GDB 会将 FreeRTOS 中的任务当做线程。使用 GDB 命令 `i threads` 可以查看所有的线程，使用命令 `thread n` 可以切换到某个具体任务的堆栈，其中 `n` 是线程的编号。检测 FreeRTOS 的功能可以在配置目标时被禁用。更多详细信息，请参阅 根据目标芯片配置 OpenOCD。

GDB 具有 FreeRTOS 支持的 Python 扩展模块。在系统要求满足的情况下，通过 `idf.py gdb` 命令，ESP-IDF 会将该模块自动加载到 GDB 中。详细信息请参考 调试 FreeRTOS 对象。

## 优化 JTAG 的速度

为了实现更高的数据通信速率同时最小化丢包数，建议优化 JTAG 时钟频率的设置，使其达到 JTAG 能稳定运行的最大值。为此，请参考以下建议。

1. 如果 CPU 以 80 MHz 运行，则 JTAG 时钟频率的上限为 20 MHz；如果 CPU 以 160 MHz 或者 240 MHz 运行，则上限为 26 MHz。

2. 根据特定的 JTAG 适配器和连接线缆的长度，你可能需要将 JTAG 的工作频率降低至 20 MHz 或 26 MHz 以下。

3. 在某些特殊情况下，如果你看到 DSR/DIR 错误（并且它并不是由 OpenOCD 试图从一个没有物理存储器映射的地址空间读取数据而导致的），请降低 JTAG 的工作频率。

4. ESP-WROVER-KIT 能够稳定运行在 20 MHz 或 26 MHz 频率下。

## 调试器的启动命令的含义

在启动时，调试器发出一系列命令来复位芯片并使其在特定的代码行停止运行。这个命令序列（如下所示）支持自定义，用户可以选择在最方便合适的代码行开始调试工作。

- `set remote hardware-watchpoint-limit 2` — 限制 GDB 使用芯片支持的硬件观察点数量，ESP32-S2 支持 2 个观察点。更多详细信息，请查阅 GDB 配置远程目标 。

- `mon reset halt` — 复位芯片并使 CPU 停止运行。

- `maintenance flush register-cache` — monitor (`mon`) 命令无法通知 GDB 目标状态已经更改，GDB 会假设在 `mon reset halt` 之前所有的任务堆栈仍然有效。实际上，复位后目标状态将发生变化。执行 `maintenance flush register-cache` 是一种强制 GDB 从目标获取最新状态的方法。

- `thb app_main` — 在 `app_main` 处插入一个临时的硬件断点，如果有需要，可以将其替换为其他函数名。

- `c` — 恢复程序运行，它将会在 `app_main` 的断点处停止运行。

## 根据目标芯片配置 OpenOCD

OpenOCD 有很多种配置文件（`*.cfg`），它们位于 OpenOCD 安装目录的 `share/openocd/scripts` 子目录中（或者在 OpenOCD 源码目录的 `tcl/scripts` 目录中）。本文主要介绍 `board`，`interface` 和 `target` 这三个目录。

- `interface` 包含了例如 ESPProg、J-Link 这些 JTAG 适配器的配置文件。

- `target` 包含了目标芯片或者模组的配置文件。

- `board` 包含有内置了 JTAG 适配器的开发板的配置文件，这些配置文件会根据实际的 JTAG 适配器和芯片/模组来导入某个具体的 `interface` 和 `target` 的配置。

ESP32-S2 可以使用的配置文件如下表所示:

ESP32-S2 相关的 OpenOCD 配置文件
名字 | 描述
--- | ---
`board/esp32s2-kaluga-1.cfg` | ESP32-S2-Kaluga-1 开发板配置文件，包含 ESP32-S2 目标配置和 JTAG 适配器配置
`target/esp32s2.cfg` | ESP32-S2 目标配置文件，可以和某个 `interface/` 下的配置文件一同使用
`interface/ftdi/esp32s2_kaluga_v1.cfg` | 适用于 ESP32-S2-Kaluga-1 开发板的 JTAG 适配器配置文件
`interface/ftdi/esp32_devkitj_v1.cfg` | 适用于 ESP-Prog 板的 JTAG 适配器配置文件

如果你使用的开发板已经有了一份预定义好的配置文件，你只须将该文件通过 `-f` 参数告诉 OpenOCD。

如果你的开发板不在上述列表中，你需要使用多个 `-f` 参数来告诉 OpenOCD 你选择的 `interface` 和 `target` 配置文件。

### 自定义配置文件

OpenOCD 的配置文件是用 TCL 语言编写的, 包含了定制和编写脚本的各种选项。这在非标准调试的场景中非常有用，更多关于 TCL 脚本的内容请参考 OpenOCD 参考手册。

### OpenOCD 中的配置变量

你还可以视情况在导入 `target` 配置文件之前，设定如下变量的值。可以写在自定义配置文件中，或者通过命令行传递。

TCL 语言中为变量赋值的语法是:

    set VARIABLE_NAME value

在命令行中为变量赋值请参考如下示例（请把 .cfg 配置文件替换成你自己的开发板配置）:

    openocd -c 'set VARIABLE_NAME value' -f board/esp-xxxxx-kit.cfg

请切记，一定要在导入配置文件之前设置这些变量，否则变量的值将不会生效。为多个变量赋值需要重复多次 `-c` 选项。

通用的 ESP 相关的 OpenOCD 变量
变量名 | 描述
--- | ---
`ESP_RTOS` | 设置成 `none` 可以关闭 OpenOCD 对 RTOS 的支持，这样的话，你将无法在 GDB 中查看到线程列表。这个功能在调试 FreeRTOS 本身的时候会很有用，可以单步调试调度器的代码。
`ESP_FLASH_SIZE` | 设置成 `0` 可以关闭对 flash 断点的支持。
`ESP_SEMIHOST_BASEDIR` | 设置 semihosting 在主机端的默认目录。
`ESP_ONLYCPU` | 对于多核芯片，将该值设置为 `1` 可以仅启用单核调试功能

## 复位 ESP32-S2

通过在 GDB 中输入 `mon reset` 或者 `mon reset halt` 来复位板子。

## JTAG 管脚是否能用于其他功能

如果除了 ESP32-S2 模组和 JTAG 适配器之外的其他硬件也连接到了 JTAG 管脚，那么 JTAG 的操作可能会受到干扰。ESP32-S2 JTAG 使用以下管脚：

ESP32-S2 管脚和 JTAG 接口信号
ESP32-S2 管脚 | JTAG 信号
--- | ---
MTDO / GPIO40 | TDO
MTDI / GPIO41 | TDI
MTCK / GPIO39 | TCK
MTMS / GPIO42 | TMS

如果用户应用程序更改了 JTAG 管脚的配置，JTAG 通信可能会失败。如果 OpenOCD 正确初始化（检测到芯片全部 CPU 内核），但在程序运行期间失去了同步并报出大量 DTR/DIR 错误，原因可能是应用程序将 JTAG 管脚重新配置为其他功能或者用户忘记将 Vtar 连接到 JTAG 适配器。

## JTAG 与 flash 加密和安全引导

默认情况下，开启了 flash 加密和（或者）安全引导后，系统在首次启动时，引导加载程序会烧写 eFuse 的某个比特，从而将 JTAG 永久关闭。

请注意，一旦 JTAG 被永久禁用，就无法重新启用以访问 JTAG。但是我们也提供了暂时禁用 (soft disable) JTAG 的选项。有关如何暂时禁用以及重新启用 JTAG，请参考 HMAC 启用 JTAG 接口。

Kconfig 配置项 CONFIG_SECURE_BOOT_ALLOW_JTAG 可以改变这个默认行为，使得用户即使开启了安全引导或者 flash 加密，仍会保留 JTAG 的功能。

然而，因为设置 软件断点 的需要，OpenOCD 会尝试自动读写 flash 中的内容，这会带来两个问题：

- 软件断点和 flash 加密是不兼容的，目前 OpenOCD 尚不支持对 flash 中的内容进行加密和解密。

- 如果开启了安全引导功能，设置软件断点会改变被签名的程序的摘要，从而使得签名失效。这也意味着，如果设置了软件断点，系统会在下次重启时的签名验证阶段失败，导致无法启动。

关闭 JTAG 的软件断点功能，可以在启动 OpenOCD 时在命令行额外加一项配置参数 `-c 'set ESP_FLASH_SIZE 0'`，请参考 OpenOCD 中的配置变量。

备注

同样地，当启用该选项，并且在调试过程中设置了软件断点，引导加载程序将无法校验通过应用程序的签名。

## 报告 OpenOCD/GDB 的问题

如果你遇到 OpenOCD 或者 GDB 程序本身的问题，并且在网上没有找到可用的解决方案，请前往 https://github.com/espressif/openocd-esp32/issues 新建一个议题。

1. 请在问题报告中提供你使用的配置的详细信息：

   1. JTAG 适配器类型。

   2. 用于编译和加载正在调试的应用程序的 ESP-IDF 版本号。

   3. 用于调试的操作系统的详细信息。

   4. 操作系统是在本地计算机运行还是在虚拟机上运行？

2. 创建一个能够演示问题的简单示例工程，描述复现该问题的步骤。且这个调试示例不能受到 Wi-Fi 协议栈引入的非确定性行为的影响，这样再次遇到同样问题时，更容易复现。

3. 在启动命令中添加额外的参数来输出调试日志。

   OpenOCD 端：

       openocd -l openocd_log.txt -d3 -f board/esp32s2-kaluga-1.cfg

   这种方式会将日志输出到文件，但是它会阻止调试信息打印在终端上。当有大量信息需要输出的时候（比如调试等级提高到 `-d3`）这是个不错的选择。如果你仍然希望在屏幕上看到调试日志，请改用以下命令：

       openocd -d3 -f board/esp32s2-kaluga-1.cfg 2>&1 | tee openocd.log

   Debugger 端：

       xtensa-esp32s2-elf-gdb -ex "set remotelogfile gdb_log.txt" <all other options>

   也可以将命令 `remotelogfile gdb_log.txt` 添加到 `gdbinit` 文件中。

4. 请将 `openocd_log.txt` 和 `gdb_log.txt` 文件附在你的问题报告中。

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