Ptrace

Ptrace hardware debug 확장

GDB는 BookE processor의 hardware debug 기능으로 4개 instruction address comparator(IAC) breakpoint, read/write/read-write를 지원하는 2개 data address comparator(DAC) watchpoint, watchpoint용 2개 data value comparator(DVC) condition을 지원하려 합니다.

이를 위해 GDB가 resource를 조회하고 설정할 수 있도록 ptrace를 확장합니다. Interface는 BookE와 server processor를 함께 포괄하고 이후 확장할 수 있게 설계하여 GDB가 processor별 special case를 두지 않도록 했으며, 3개 ptrace request가 추가되었습니다.

PPC_PTRACE_GETHWDBGINFO

이 query는 GDB가 hardware debug 기능을 발견하도록 합니다. 가장 중요한 반환 정보는 hardware watchpoint의 최소 alignment입니다. BookE에는 제한이 없지만 server processor는 8-byte alignment 제한이 있습니다. Kernel이 이를 직접 반환하면 GDB가 AUXV 값에 따라 별도 분기할 필요가 없습니다.

Kernel은 breakpoint 수, watchpoint 수, address range와 condition 지원 여부도 반환하며 요청 process가 제공한 `struct ppc_debug_info`를 채웁니다.

struct ppc_debug_info {
     unit32_t version;
     unit32_t num_instruction_bps;
     unit32_t num_data_bps;
     unit32_t num_condition_regs;
     unit32_t data_bp_alignment;
     unit32_t sizeof_condition; /* size of the DVC register */
     uint64_t features; /* bitmask of the individual flags */
};

`features` bitmask는 다음 capability를 나타냅니다.

#define PPC_DEBUG_FEATURE_INSN_BP_RANGE                0x1
#define PPC_DEBUG_FEATURE_INSN_BP_MASK                0x2
#define PPC_DEBUG_FEATURE_DATA_BP_RANGE                0x4
#define PPC_DEBUG_FEATURE_DATA_BP_MASK                0x8
#define PPC_DEBUG_FEATURE_DATA_BP_DAWR                0x10
#define PPC_DEBUG_FEATURE_DATA_BP_ARCH_31                0x20

PPC_PTRACE_SETHWDEBUG

제공한 `struct ppc_hw_breakpoint`에 따라 hardware breakpoint 또는 watchpoint를 설정합니다.

 struct ppc_hw_breakpoint {
       uint32_t version;
 #define PPC_BREAKPOINT_TRIGGER_EXECUTE  0x1
 #define PPC_BREAKPOINT_TRIGGER_READ     0x2
#define PPC_BREAKPOINT_TRIGGER_WRITE    0x4
       uint32_t trigger_type;       /* only some combinations allowed */
 #define PPC_BREAKPOINT_MODE_EXACT               0x0
 #define PPC_BREAKPOINT_MODE_RANGE_INCLUSIVE     0x1
 #define PPC_BREAKPOINT_MODE_RANGE_EXCLUSIVE     0x2
 #define PPC_BREAKPOINT_MODE_MASK                0x3
       uint32_t addr_mode;          /* address match mode */

 #define PPC_BREAKPOINT_CONDITION_MODE   0x3
 #define PPC_BREAKPOINT_CONDITION_NONE   0x0
 #define PPC_BREAKPOINT_CONDITION_AND    0x1
 #define PPC_BREAKPOINT_CONDITION_EXACT  0x1        /* different name for the same thing as above */
 #define PPC_BREAKPOINT_CONDITION_OR     0x2
 #define PPC_BREAKPOINT_CONDITION_AND_OR 0x3
 #define PPC_BREAKPOINT_CONDITION_BE_ALL 0x00ff0000        /* byte enable bits */
 #define PPC_BREAKPOINT_CONDITION_BE(n)  (1<<((n)+16))
       uint32_t condition_mode;     /* break/watchpoint condition flags */

       uint64_t addr;
       uint64_t addr2;
       uint64_t condition_value;
 };

Request 하나는 register 하나가 아니라 event 하나를 지정합니다. 예를 들어 value condition이 있는 watchpoint는 같은 request에서 DAC와 DVC register를 함께 설정합니다.

이 interface로 GDB는 BookE가 지원하는 hardware breakpoint와 watchpoint를 요청할 수 있습니다. Server processor의 COMEFROM breakpoint는 이 작업 범위에 포함되지 않습니다.

Ptrace는 새 breakpoint 또는 watchpoint를 고유하게 식별하는 integer handle을 반환합니다. 이후 `PPC_PTRACE_DELHWDEBUG`에서 이 handle을 사용합니다. 필요한 register resource를 할당할 수 없으면 `-ENOSPC`를 반환합니다.

Exact execution breakpoint 예

첫 번째 breakpoint register에 exact-address execution breakpoint를 설정하는 예입니다.

p.version         = PPC_DEBUG_CURRENT_VERSION;
p.trigger_type    = PPC_BREAKPOINT_TRIGGER_EXECUTE;
p.addr_mode       = PPC_BREAKPOINT_MODE_EXACT;
p.condition_mode  = PPC_BREAKPOINT_CONDITION_NONE;
p.addr            = (uint64_t) address;
p.addr2           = 0;
p.condition_value = 0;

Read watchpoint 예

두 번째 watchpoint register에서 read access에 trigger되는 exact-address watchpoint를 설정합니다.

p.version         = PPC_DEBUG_CURRENT_VERSION;
p.trigger_type    = PPC_BREAKPOINT_TRIGGER_READ;
p.addr_mode       = PPC_BREAKPOINT_MODE_EXACT;
p.condition_mode  = PPC_BREAKPOINT_CONDITION_NONE;
p.addr            = (uint64_t) address;
p.addr2           = 0;
p.condition_value = 0;

특정 값 조건 watchpoint 예

모든 byte를 enable하고 지정 value와 AND/EXACT condition이 맞을 때만 trigger되는 read watchpoint입니다.

p.version         = PPC_DEBUG_CURRENT_VERSION;
p.trigger_type    = PPC_BREAKPOINT_TRIGGER_READ;
p.addr_mode       = PPC_BREAKPOINT_MODE_EXACT;
p.condition_mode  = PPC_BREAKPOINT_CONDITION_AND | PPC_BREAKPOINT_CONDITION_BE_ALL;
p.addr            = (uint64_t) address;
p.addr2           = 0;
p.condition_value = (uint64_t) condition;

Inclusive range breakpoint 예

`begin_range`부터 `end_range`까지를 포함하는 hardware execution breakpoint를 설정합니다.

p.version         = PPC_DEBUG_CURRENT_VERSION;
p.trigger_type    = PPC_BREAKPOINT_TRIGGER_EXECUTE;
p.addr_mode       = PPC_BREAKPOINT_MODE_RANGE_INCLUSIVE;
p.condition_mode  = PPC_BREAKPOINT_CONDITION_NONE;
p.addr            = (uint64_t) begin_range;
p.addr2           = (uint64_t) end_range;
p.condition_value = 0;

Server processor BookS watchpoint 예

BookS server processor에서는 read-write trigger를 사용하며 inclusive range 또는 exact mode를 선택합니다. Inclusive range라면 `addr2`를 지정해야 하고 `addr2 - addr`는 8 bytes 이하여야 합니다.

p.version         = 1;
p.trigger_type    = PPC_BREAKPOINT_TRIGGER_RW;
p.addr_mode       = PPC_BREAKPOINT_MODE_RANGE_INCLUSIVE;
or
p.addr_mode       = PPC_BREAKPOINT_MODE_EXACT;

p.condition_mode  = PPC_BREAKPOINT_CONDITION_NONE;
p.addr            = (uint64_t) begin_range;
/* For PPC_BREAKPOINT_MODE_RANGE_INCLUSIVE addr2 needs to be specified, where
 * addr2 - addr <= 8 Bytes.
 */
p.addr2           = (uint64_t) end_range;
p.condition_value = 0;

PPC_PTRACE_DELHWDEBUG

기존 breakpoint 또는 watchpoint를 식별하는 integer, 즉 `PTRACE_SETHWDEBUG`가 반환한 handle을 받아 대응하는 hardware debug event를 삭제합니다.