linux内核调试技术之printk

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1、简介（基于s3c2440 linux）

在内核调试技术之中，最简单的就是printk的使用了，它的用法和C语言应用程序中的printf使用类似，在应用程序中依靠的是stdio.h中的库，而在linux内核中没有这个库，所以在linux内核中，使用这个printk就要对内核的实现有一定的了解。

printf和printk的区别:printk会在开头处加上"<N>"样式的字符，N的范围是0~7，表示这个信息的级别。

当printk("<n>"......);中的n < console_loglevel 时候，这个信息才能被打印出来。　

在内核文件中Printk.c (kernel) 中初始化这个console_loglevel 的级别为7.

/* printk's without a loglevel use this.. */
#define DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL 4 /* KERN_WARNING */

/* We show everything that is MORE important than this.. */
#define MINIMUM_CONSOLE_LOGLEVEL 1 /* Minimum loglevel we let people use */
#define DEFAULT_CONSOLE_LOGLEVEL 7 /* anything MORE serious than KERN_DEBUG */int console_printk[4] = {
    DEFAULT_CONSOLE_LOGLEVEL,    /* console_loglevel */
    DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL,    /* default_message_loglevel */
    MINIMUM_CONSOLE_LOGLEVEL,    /* minimum_console_loglevel */
    DEFAULT_CONSOLE_LOGLEVEL,    /* default_console_loglevel */
};

2、通过命令cat /proc/sys/kernel/printk查看等级配置：

# cat /proc/sys/kernel/printk
7 4 1 7

其中的 7 4 1 7，分别对应与：console_loglevel、default_message_loglevel、minimum_console_loglevel、default_console_loglevel 

3、修改等级配置：

#echo "1 4 1 7">/proc/sys/kernel/printk　改变这四个值，当被console_loglevel设置为1的时候，所有的调试信息都会被打印出来。

4、printk函数记录的名称及使用

 在内核文件：Kernel.h (includelinux) 定义了0~7这8个级别的名称

#define 　　KERN_EMERG 　 "<0>"    /* system is unusable */
#define    KERN_ALERT    "<1>"    /* action must be taken immediately */
#define    KERN_CRIT     "<2>"    /* critical conditions */
#define    KERN_ERR      "<3>"    /* error conditions */
#define    KERN_WARNING  "<4>"    /* warning conditions */
#define    KERN_NOTICE   "<5>"    /* normal but significant condition*/
#define    KERN_INFO     "<6>"    /* informational*/
#define    KERN_DEBUG    "<7>"    /* debug-level messages */
#define console_loglevel 　　　　 (console_printk[0])
#define default_message_loglevel (console_printk[1])
#define minimum_console_loglevel (console_printk[2])
#define default_console_loglevel (console_printk[3])

使用printk：

① printk(KERN_WARNING"there is a warning here!
");//注意，中间没有逗号间隔。

② printk(KERN_DEBUG"%s %s %d
", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

在①和②中，我们需要查看缓冲区log_buf中的数据，才能看到打印出来的信息。需要使用命令 #dmesg

# 
# dmesg
Linux version 2.6.22.6 (book@book-desktop) (gcc version 3.4.5) #19 Thu Dec 8 14:06:03 CST 2016
CPU: ARM920T [41129200] revision 0 (ARMv4T), cr=c0007177
Machine: SMDK2440
Memory policy: ECC disabled, Data cache writeback
On node 0 totalpages: 16384
  DMA zone: 128 pages used for memmap
  DMA zone: 0 pages reserved
  DMA zone: 16256 pages, LIFO batch:3
  Normal zone: 0 pages used for memmap
CPU S3C2440A (id 0x32440001)
................................

还可以使用 cat /proc/kmsg& 后台运行，实时打印出调试信息。在②中，__FILE__, __FUNCTION__, __LINE__分别对应的是那个文件，那个函数，第几行。非常实用。

# cat /proc/kmsg&
# ./firstdrvtest on
<7>/work/LinuxDrives/20.printk_debug/first_drv.c first_drv_open 23
<7>/work/LinuxDrives/20.printk_debug/first_drv.c first_drv_open 25
<7>/work/LinuxDrives/20.printk_debug/first_drv.c first_drv_open 27
# ./firstdrvtest off
<7>/work/LinuxDrives/20.printk_debug/first_drv.c first_drv_open 23
<7>/work/LinuxDrives/20.printk_debug/first_drv.c first_drv_open 25
<7>/work/LinuxDrives/20.printk_debug/first_drv.c first_drv_open 27

　　

　

5、串口与printk函数的关系：   

printk
    vprintk
        vscnprintf //先把输出信息放入临时BUFFER
          　　　　  // Copy the output into log_buf.
            　　　　// 把临时BUFFER里的数据稍作处理，再写入log_buf
            　　　　// 比如printk("abc")会得到"<4>abc", 再写入log_buf
            　　　　// 可以用dmesg命令把log_buf里的数据打印出来重现内核的输出信息

        // 调用硬件的write函数输出
        release_console_sem    
            call_console_drivers
　　　　　　　　　　//从log_buf得到数据，算出打印级别
                _call_console_drivers
                    if ((msg_log_level < console_loglevel）//如果级别足够则打印
                         __call_console_drivers
                                con->write //con是console_drivers链表中的项，对用具体的输出函数 在drives/serial/s3c2410.c中查看

在该函数中注册一个console结构体

static void s3c24xx_serial_console_write(struct console *co, const char *s,
unsigned int count)
{
uart_console_write(cons_uart, s, count, s3c24xx_serial_console_putchar);
}

串口输出函数,会调用s3c24xx_serial_console_putchar函数

static int s3c24xx_serial_initconsole(void)
{
    ...........................
    register_console(&s3c24xx_serial_console);
    return 0;
}
static struct console s3c24xx_serial_console =
{
.name	= S3C24XX_SERIAL_NAME,//这个宏被定义为：TTYSAC
.device	= uart_console_device, //init进程，用户程序打开/dev/console的时候会调用
.flags	= CON_PRINTBUFFER,//打印还没有初始化化console前保存在log_buf里面的数据
.index	= -1,//选择那个串口，由uboot中的命令决定
.write	= s3c24xx_serial_console_write,//控制台输出函数
.setup	= s3c24xx_serial_console_setup //串口设置函数
};

这个函数和硬件相关，读取寄存器，看数据是否被发送完成，最后将数据一个字节一个字节的写入寄存器，s3c2440的串口控制器会自动把数据发送出去

static void s3c24xx_serial_console_putchar(struct uart_port *port, int ch)

{
unsigned int ufcon = rd_regl(cons_uart, S3C2410_UFCON);
while (!s3c24xx_serial_console_txrdy(port, ufcon))
barrier();
wr_regb(cons_uart, S3C2410_UTXH, ch);
}

uboot的console=ttySAC0如果在linux中被识别出来是串口0的，在/kernel/printk.c中有一下代码,

__setup("console=", console_setup);

static int __init console_setup(char *str)
{
........
　　add_preferred_console(name, idx, options);
}

内核开始执行时，会发现“console=...”的命令行参数时候，就会调用console_setup函数进行数据解析，对于命令行参数"console=ttySAC0"，会解析出：设备名（name）为ttySAC,索引index为0，这些信息被保存在类型为console_cmdline、名称为console_cmdline的全局数组中（注意：数组名和数组的类型相同）

在后面的register_console(&s3c24xx_serial_console);的时候，会将s3c24xx_serial_console结构和console_cmdline数组中的设备进行比较。

①解析出来的name为S3C24XX_SERIAL_NAME 既“ttySAC”，而console_cmdline中的命令中的name也为“ttySAC”

②s3c24xx_serial_console结构体中的索引index为-1，表示使用命令行参数“console=ttySAC0”中的索引，index =  0

如果还想了解uboot的console=ttySAC0如果在linux中被识别出来是串口0的，可以看《嵌入式linux开发完全手册》Page 365