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# 使用调试器

[English]

本节介绍以下几种配置和运行调试器的方法：

- 使用 Eclipse 调试

- 使用命令行调试

- 使用 idf.py 进行调试

关于如何使用 VS Code 进行调试，请参阅文档 使用 VS Code 调试。

## 使用 Eclipse 调试

备注

建议首先通过 idf.py 或 命令行 检查调试器是否正常工作，然后再转到使用 Eclipse 平台。

作为一款集成开发环境 (IDE)，Eclipse 提供了一套强大的工具，用于开发和调试软件应用程序。对于 ESP-IDF 应用程序，IDF Eclipse 插件 提供了两种调试方式:

1. ESP-IDF GDB OpenOCD 调试

2. GDB 硬件调试

默认情况下，Eclipse 通过 GDB 硬件调试插件支持 OpenOCD 调试。该调试方式需要从命令行启动 OpenOCD 服务器，并在 Eclipse 中配置 GDB 客户端，整个过程耗时且容易出错。

为了使调试过程更加容易，IDF Eclipse 插件 提供了定制的 ESP-IDF GDB OpenOCD 调试功能，支持在 Eclipse 内部配置好 OpenOCD 服务器和 GDB 客户端。该插件已经设置好所有必需的配置参数，点击一个按钮即可开始调试。

因此，建议通过 IDF Eclipse 插件 进行 ESP-IDF GDB OpenOCD 调试。

GDB 硬件调试

备注

只有在无法使用 ESP-IDF GDB OpenOCD 调试 的情况下，才建议使用 GDB 硬件调试。

首先，打开 Eclipse，选择 `Help` > `Install New Software` 来安装 `GDB Hardware Debugging` 插件。

安装完成后，按照以下步骤配置调试会话。请注意，一些配置参数是通用的，有些则针对特定项目。我们会通过配置 "blink" 示例项目的调试环境来进行展示，请先按照 Eclipse Plugin 介绍的方法将该示例项目添加到 Eclipse 的工作空间。示例项目 get-started/blink 的源代码可以在 ESP-IDF 仓库的 examples 目录下找到。

1. 在 Eclipse 中，进入 `Run` > `Debug Configuration`，会出现一个新的窗口。在窗口的左侧窗格中，双击 `GDB Hardware Debugging` （或者选择 `GDB Hardware Debugging` 然后按下 `New` 按钮）来新建一个配置。

2. 在右边显示的表单中，`Name:` 一栏中输入配置的名称，例如： “Blink checking”。

3. 在下面的 `Main` 选项卡中， 点击 `Project:` 边上的 `Browse` 按钮，然后选择当前的 `blink` 项目。

4. 在下一行的 `C/C++ Application:` 中，点击 `Browse` 按钮，选择 `blink.elf` 文件。如果 `blink.elf` 文件不存在，那么很有可能该项目还没有编译，请参考 Eclipse Plugin 指南中的介绍。

5. 最后，在 `Build (if required) before launching` 下面点击 `Disable auto build`。

   上述步骤 1 - 5 的示例输入如下图所示。

   GDB 硬件调试的配置 - Main 选项卡

6. 点击 `Debugger` 选项卡，在 `GDB Command` 栏中输入 `riscv32-esp-elf-gdb` 来调用调试器。

7. 更改 `Remote host` 的默认配置，在 `Port number` 下面输入 `3333`。

   上述步骤 6 - 7 的示例输入如下图所示。

   GDB 硬件调试的配置 - Debugger 选项卡

8. 最后一个需要更改默认配置的选项卡是 `Startup` 选项卡。在 `Initialization Commands` 下，取消选中 `Reset and Delay (seconds)` 和 `Halt`，然后在下面一栏中输入以下命令：

       mon reset halt
       maintenance flush register-cache
       set remote hardware-watchpoint-limit 2

   备注

   如果想在启动新的调试会话之前自动更新闪存中的镜像，请在 `Initialization Commands` 文本框的开头添加以下命令行:

       mon reset halt
       mon program_esp ${workspace_loc:blink/build/blink.bin} 0x10000 verify

   有关 `program_esp` 命令的说明请参考 上传待调试的应用程序 章节。

9. 在 `Load Image and Symbols` 下，取消选中 `Load image` 选项。

10. 在同一个选项卡中继续往下浏览，建立一个初始断点用来在调试器复位后暂停 CPU。插件会根据 `Set break point at:` 一栏中输入的函数名，在该函数的开头设置断点。选中这一选项，并在相应的字段中输入 `app_main`。

11. 选中 `Resume` 选项，这会使得程序在每次调用步骤 8 中的 `mon reset halt` 后恢复，然后在 `app_main` 的断点处停止。

    上述步骤 8 - 11 的示例输入如下图所示。

    GDB 硬件调试的配置 - Startup 选项卡

    上面的启动序列看起来有些复杂，如果你对其中的初始化命令不太熟悉，请查阅 调试器的启动命令的含义 章节获取更多说明。

12. 如果前面已经完成 配置 ESP32-H21 目标板 中介绍的步骤，目标正在运行并准备好与调试器进行对话，那么点击 `Debug` 按钮直接进行调试。如果尚未完成前面步骤，请点击 `Apply` 按钮保存配置，返回 配置 ESP32-H21 目标板 章节进行配置，最后再回到这里开始调试。

    一旦所有 1-12 的配置步骤都已经完成，Eclipse 就会打开 `Debug` 视图，如下图所示。

    Eclipse 中的调试视图

    如果不太了解 GDB 的常用方法，请查阅 使用 Eclipse 的调试示例 文章中的调试示例章节 调试范例。

## 使用命令行调试

1. 为了能够启动调试会话，需要先启动并运行目标，如果还没有完成，请按照 配置 ESP32-H21 目标板 中的介绍进行操作。

2. 打开一个新的终端会话并前往待调试的项目目录，比如：

       cd ~/esp/blink

3. 启动调试器时，通常需要提供一些配置参数和命令。构建系统会生成多个 `.gdbinit` 文件，以便进行高效调试。这些文件的路径存储在 `build/project_description.json` 文件的 `gdbinit_files` 字段部分，具体路径如下所示进行定义：

       "gdbinit_files": {
           "01_symbols": "application_path/build/gdbinit/symbols",
           "02_prefix_map": "application_path/build/gdbinit/prefix_map",
           "03_py_extensions": "application_path/build/gdbinit/py_extensions",
           "04_connect": "application_path/build/gdbinit/connect"
       }

   按照 JSON 键名中的 `XX_` 前缀进行排序，并以这种顺序将字段信息提供给 GDB。

   生成的 `.gdbinit` 文件具有以下不同功能：

   - `symbols` - 包含用于调试的符号来源。

   - `prefix_map` - 配置前缀映射以修改 GDB 中的源路径。详情请参阅 可重复构建与调试。

   - `py_extensions` - 初始化 GDB 中的 Python 扩展。请注意，应使用包含 `libpython` 库、且受 GDB 支持的 Python 版本。若运行以下命令时没有报错，则说明 GDB 和 Python 兼容：`riscv32-esp-elf-gdb --batch-silent --ex "python import os"`。

   - `connect` - 包含与目标设备建立连接时所需的命令。

   为增强调试体验，你还可以创建自定义的 `.gdbinit` 文件。自定义文件可以与生成的配置文件一起使用，也可以直替换它们。

4. 准备启动 GDB。请使用以下示例命令加载符号表并连接目标设备（命令中的 `-q` 选项用于减少启动输出）：

       riscv32-esp-elf-gdb -q -x build/gdbinit/symbols -x build/gdbinit/prefix_map -x build/gdbinit/connect build/blink.elf

5. 如果前面的步骤已经正确完成，你会看到如下所示的输出日志，在日志的最后会出现 `(gdb)` 提示符：

       riscv32-esp-elf-gdb -q -x build/gdbinit/symbols -x build/gdbinit/prefix_map -x build/gdbinit/connect build/blink.elf

       user-name@computer-name:~/esp-idf/examples/get-started/blink$ riscv32-esp-elf-gdb -q -x build/gdbinit/symbols -x build/gdbinit/connect build/blink.elf
       Reading symbols from build/blink.elf...
       add symbol table from file "/home/user-name/esp-idf/examples/get-started/blink/build/bootloader/bootloader.elf"
       [Switching to Thread 1070141764]
       app_main () at /home/user-name/esp-idf/examples/get-started/blink/main/blink_example_main.c:95
       95          configure_led();
       add symbol table from file "/home/alex/.espressif/tools/esp-rom-elfs/20241011/esp32h21_rev0_rom.elf"
       JTAG tap: esp32h21.tap0 tap/device found: 0x00005c25 (mfg: 0x612 (Espressif Systems), part: 0x0005, ver: 0x0)
       [esp32h21] Reset cause (3) - (Software core reset)
       Hardware assisted breakpoint 1 at 0x42009436: file /home/user-name/esp-idf/examples/get-started/blink/main/blink_example_main.c, line 92.
       [Switching to Thread 1070139884]

       Thread 2 "main" hit Temporary breakpoint 1, app_main () at /home/user-name/esp-idf/examples/get-started/blink/main/blink_example_main.c:92
       92      {
       (gdb)

   请注意，以上日志的倒数第三行显示调试器已在 `build/gdbinit/connect` 函数的断点处停止，该断点在 `gdbinit` 文件中设定。由于处理器已暂停，LED 将不再闪烁。如果你的 LED 也停止了闪烁，则可以开始调试。

   如果不太了解 GDB 的常用方法，请查阅 使用命令行的调试示例 文章中的调试示例章节 调试范例。

## 使用 idf.py 进行调试

你还可以使用 `idf.py` 更方便地执行上述提到的调试命令，可以使用以下命令：

1. `idf.py openocd`

   在终端中运行 OpenOCD，其配置信息来源于环境变量或者命令行。默认会使用 `OPENOCD_SCRIPTS` 环境变量中指定的脚本路径，它是由 ESP-IDF 项目仓库中的导出脚本（`export.sh` or `export.bat`）添加到系统环境变量中的。 当然，你可以在命令行中通过 `--openocd-scripts` 参数来覆盖这个变量的值。

   至于当前开发板的 JTAG 配置，请使用环境变量 `OPENOCD_COMMANDS` 或命令行参数 `--openocd-commands`。如果这两者都没有被定义，那么 OpenOCD 会使用 `-f board/esp32h21-builtin.cfg` 参数来启动。

2. `idf.py gdb`

   根据当前项目的 ELF 文件自动生成 GDB 启动脚本，然后按照 使用命令行调试 中描述的步骤启动 GDB。详情请参阅 使用命令行调试。

3. `idf.py gdbtui`

   和步骤 2 相同，但是会在启动 GDB 的时候传递 `tui` 参数，这样可以方便在调试过程中查看源代码。

4. `idf.py gdbgui`

   启动 gdbgui，在浏览器中打开调试器的前端界面。要启用此选项，请参照 安装说明，使用 `pipx` 方法设置该工具。关于系统依赖项、限制及其他注意事项，请参考安装页面和 问题追踪。

   上述这些命令也可以合并到一起使用，`idf.py` 会自动将后台进程（比如 openocd）最先运行，交互式进程（比如 GDB，monitor）最后运行。

   常用的组合命令如下所示：

       idf.py openocd gdbgui monitor

   上述命令会将 OpenOCD 运行至后台，然后启动 gdbgui 打开一个浏览器窗口，显示调试器的前端界面，最后在活动终端打开串口监视器。

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