BIOS/UEFI基础——DEBUG

来源：互联网发布：测亩仪软件下载编辑：程序博客网时间：2024/05/29 17:11

简述

在UEFI开发中，非常重要的一个部分就是添加串口调试信息打印，这个通过DEBUG宏来完成。

在UEFI的代码中可以看到非常多的DEBUG代码，比如：

  DEBUG ((EFI_D_INFO, "PlatformBootManagerBeforeConsole\n"));

需要注意的有几点：

1. 括号是双重的，下面以第一个参数，第二个参数来分别称呼EFI_D_xx和字符串，但实际上稍微有点问题；

2. 第二个参数是一个字符串，这个字符串里面也可以带格式化标志，下面是DEBUG常用的标志：

%a：表示ASCII字符串；

%c：表示ASCII字符；

%d：表示十进制，可以有%02d这样的用法；

%g：表示GUID；

%p：表示指针；

%r：表示函数的返回状态字符串，类型是EFI_STATUS；

%x：表示十六进制，可以有%016lx这样的用法；

%s/%S：表示宽字符串，就是类似L""的字符串，类型是CHAR16；

3. 第一个参数表示打印级别，下面是说有的打印级别：

//// Declare bits for PcdDebugPrintErrorLevel and the ErrorLevel parameter of DebugPrint()//#define DEBUG_INIT      0x00000001  // Initialization#define DEBUG_WARN      0x00000002  // Warnings#define DEBUG_LOAD      0x00000004  // Load events#define DEBUG_FS        0x00000008  // EFI File system#define DEBUG_POOL      0x00000010  // Alloc & Free (pool)#define DEBUG_PAGE      0x00000020  // Alloc & Free (page)#define DEBUG_INFO      0x00000040  // Informational debug messages#define DEBUG_DISPATCH  0x00000080  // PEI/DXE/SMM Dispatchers#define DEBUG_VARIABLE  0x00000100  // Variable#define DEBUG_BM        0x00000400  // Boot Manager#define DEBUG_BLKIO     0x00001000  // BlkIo Driver#define DEBUG_NET       0x00004000  // SNP Driver#define DEBUG_UNDI      0x00010000  // UNDI Driver#define DEBUG_LOADFILE  0x00020000  // LoadFile#define DEBUG_EVENT     0x00080000  // Event messages#define DEBUG_GCD       0x00100000  // Global Coherency Database changes#define DEBUG_CACHE     0x00200000  // Memory range cachability changes#define DEBUG_VERBOSE   0x00400000  // Detailed debug messages that may                                    // significantly impact boot performance#define DEBUG_ERROR     0x80000000  // Error//// Aliases of debug message mask bits//#define EFI_D_INIT      DEBUG_INIT#define EFI_D_WARN      DEBUG_WARN#define EFI_D_LOAD      DEBUG_LOAD#define EFI_D_FS        DEBUG_FS#define EFI_D_POOL      DEBUG_POOL#define EFI_D_PAGE      DEBUG_PAGE#define EFI_D_INFO      DEBUG_INFO#define EFI_D_DISPATCH  DEBUG_DISPATCH#define EFI_D_VARIABLE  DEBUG_VARIABLE#define EFI_D_BM        DEBUG_BM#define EFI_D_BLKIO     DEBUG_BLKIO#define EFI_D_NET       DEBUG_NET#define EFI_D_UNDI      DEBUG_UNDI#define EFI_D_LOADFILE  DEBUG_LOADFILE#define EFI_D_EVENT     DEBUG_EVENT#define EFI_D_VERBOSE   DEBUG_VERBOSE#define EFI_D_ERROR     DEBUG_ERROR

关于上面的宏定义也有可以说的：

1）首先这里宏定义了两层，这是因为EDK和EDKII的兼容关系，一般还是用EFI开头的版本比较好；

2）有一个比较特别的是EFI_D_ERROR，它是最高位为1，表示的错误；

哪些级别会被打印出来取决于全局PCD变量的配置，这个在后面会讲到。

宏实现

1. DEBUG宏的位置是在MdePkg\Include\Library\DebugLib.h文件中：

/**    Macro that calls DebugPrint().  If MDEPKG_NDEBUG is not defined and the DEBUG_PROPERTY_DEBUG_PRINT_ENABLED   bit of PcdDebugProperyMask is set, then this macro passes Expression to   DebugPrint().  @param  Expression  Expression containing an error level, a format string,                       and a variable argument list based on the format string.  **/#if !defined(MDEPKG_NDEBUG)        #define DEBUG(Expression)        \    do {                           \      if (DebugPrintEnabled ()) {  \        _DEBUG (Expression);       \      }                            \    } while (FALSE)#else  #define DEBUG(Expression)#endif

需要注意这里的MDEPKG_NDEBUG宏，如果开启了这个宏，表示所有的DEBUG信息都不会有打印了，因为走了#else分支。

而MDEPKG_NDEBUG这个宏一般定义在dsc文件中，这里以OvmfPkgX64.dsc为例：

[BuildOptions]  GCC:*_UNIXGCC_*_CC_FLAGS             = -DMDEPKG_NDEBUG  GCC:RELEASE_*_*_CC_FLAGS             = -DMDEPKG_NDEBUG  INTEL:RELEASE_*_*_CC_FLAGS           = /D MDEPKG_NDEBUG  MSFT:RELEASE_*_*_CC_FLAGS            = /D MDEPKG_NDEBUG

可以看到在Release版本中通常会定义它来确定调试的打印，这也是可以理解的。

2. 除了MDEPKG_NDEBUG这个宏，这里还有一个判断条件：DebugPrintEnabled ()

这个函数定义在DebugLib中，不同的Pkg可能会有不同的实现，还是以OvmfPkgX64.dsc为例：

!ifdef $(DEBUG_ON_SERIAL_PORT)  DebugLib|MdePkg/Library/BaseDebugLibSerialPort/BaseDebugLibSerialPort.inf!else  DebugLib|OvmfPkg/Library/PlatformDebugLibIoPort/PlatformDebugLibIoPort.inf!endif

这里我们看下BaseDebugLibSerialPort.inf中的实现：

BOOLEANEFIAPIDebugPrintEnabled (  VOID  ){  return (BOOLEAN) ((PcdGet8(PcdDebugPropertyMask) & DEBUG_PROPERTY_DEBUG_PRINT_ENABLED) != 0);}

从中可以看到它是去判断PcdDebugPropertyMask这个PCD变量的值，而它定义在OvmfPkgX64.dsc中：

!ifdef $(SOURCE_DEBUG_ENABLE)  gEfiMdePkgTokenSpaceGuid.PcdDebugPropertyMask|0x17!else  gEfiMdePkgTokenSpaceGuid.PcdDebugPropertyMask|0x2F!endif

另外一个宏DEBUG_PROPERTY_DEBUG_PRINT_ENABLED定义如下：

//// Declare bits for PcdDebugPropertyMask//#define DEBUG_PROPERTY_DEBUG_ASSERT_ENABLED       0x01#define DEBUG_PROPERTY_DEBUG_PRINT_ENABLED        0x02#define DEBUG_PROPERTY_DEBUG_CODE_ENABLED         0x04#define DEBUG_PROPERTY_CLEAR_MEMORY_ENABLED       0x08#define DEBUG_PROPERTY_ASSERT_BREAKPOINT_ENABLED  0x10#define DEBUG_PROPERTY_ASSERT_DEADLOOP_ENABLED    0x20

所以可以确定对于OvmfPkgX64.dsc，函数DebugPrintEnabled ()返回的是TRUE。

3. 之后需要关注的是_DEBUG宏：

/**  Internal worker macro that calls DebugPrint().  This macro calls DebugPrint() passing in the debug error level, a format  string, and a variable argument list.  __VA_ARGS__ is not supported by EBC compiler, Microsoft Visual Studio .NET 2003  and Microsoft Windows Server 2003 Driver Development Kit (Microsoft WINDDK) version 3790.1830.  @param  Expression  Expression containing an error level, a format string,                      and a variable argument list based on the format string.**/#if !defined(MDE_CPU_EBC) && (!defined (_MSC_VER) || _MSC_VER > 1400)  #define _DEBUG_PRINT(PrintLevel, ...)              \    do {                                             \      if (DebugPrintLevelEnabled (PrintLevel)) {     \        DebugPrint (PrintLevel, ##__VA_ARGS__);      \      }                                              \    } while (FALSE)  #define _DEBUG(Expression)   _DEBUG_PRINT Expression#else#define _DEBUG(Expression)   DebugPrint Expression#endif

这里又涉及到几个判断条件。

首先是编译器的支持情况，这个在注释中已经说明。

另外一个是DebugPrintLevelEnabled()函数，它有一个参数PrintLevel，它就是DEBUG函数的第一个参数。

这个函数也定义在DebugLib库中，我们同样使用BaseDebugLibSerialPort.inf中的实现：

/**  Returns TRUE if any one of the bit is set both in ErrorLevel and PcdFixedDebugPrintErrorLevel.  This function compares the bit mask of ErrorLevel and PcdFixedDebugPrintErrorLevel.  @retval  TRUE    Current ErrorLevel is supported.  @retval  FALSE   Current ErrorLevel is not supported.**/BOOLEANEFIAPIDebugPrintLevelEnabled (  IN  CONST UINTN        ErrorLevel  ){  return (BOOLEAN) ((ErrorLevel & PcdGet32(PcdFixedDebugPrintErrorLevel)) != 0);}

这里也涉及到一个PCD变量，它同样定义在MdePkg.dec文件中：

  ## This flag is used to control build time optimization based on debug print level.  #  Its default value is 0xFFFFFFFF to expose all debug print level.  #  BIT0  - Initialization message.<BR>  #  BIT1  - Warning message.<BR>  #  BIT2  - Load Event message.<BR>  #  BIT3  - File System message.<BR>  #  BIT4  - Allocate or Free Pool message.<BR>  #  BIT5  - Allocate or Free Page message.<BR>  #  BIT6  - Information message.<BR>  #  BIT7  - Dispatcher message.<BR>  #  BIT8  - Variable message.<BR>  #  BIT10 - Boot Manager message.<BR>  #  BIT12 - BlockIo Driver message.<BR>  #  BIT14 - Network Driver message.<BR>  #  BIT16 - UNDI Driver message.<BR>  #  BIT17 - LoadFile message.<BR>  #  BIT19 - Event message.<BR>  #  BIT20 - Global Coherency Database changes message.<BR>  #  BIT21 - Memory range cachability changes message.<BR>  #  BIT22 - Detailed debug message.<BR>  #  BIT31 - Error message.<BR>  # @Prompt Fixed Debug Message Print Level.  gEfiMdePkgTokenSpaceGuid.PcdFixedDebugPrintErrorLevel|0xFFFFFFFF|UINT32|0x30001016

它的值是全FF，所以这个函数必定返回TRUE，也因为这个DEBUG宏的第一个参数在这里并没有派上用处。

4.1. 之后就涉及到了真正的函数DebugPrint()，它也定义在DebugLib中，还是以BaseDebugLibSerialPort.inf为例：

VOIDEFIAPIDebugPrint (  IN  UINTN        ErrorLevel,  IN  CONST CHAR8  *Format,  ...  ){  CHAR8    Buffer[MAX_DEBUG_MESSAGE_LENGTH];  VA_LIST  Marker;  //  // If Format is NULL, then ASSERT().  //  ASSERT (Format != NULL);  //  // Check driver debug mask value and global mask  //  if ((ErrorLevel & GetDebugPrintErrorLevel ()) == 0) {    return;  }  //  // Convert the DEBUG() message to an ASCII String  //  VA_START (Marker, Format);  AsciiVSPrint (Buffer, sizeof (Buffer), Format, Marker);  VA_END (Marker);  //  // Send the print string to a Serial Port   //  SerialPortWrite ((UINT8 *)Buffer, AsciiStrLen (Buffer));}

函数也比较简单，有几点说明：

1）Buffer是一个有大小的数组，这说明DEBUG能够打印的信息是有大小限制的；

2）GetDebugPrintErrorLevel()函数获取PCD变量，并与DEBUG的第一个参数进行比较，来确定是否需要输出打印；

这里使用的PCD变量是PcdDebugPrintErrorLevel，它的值在dsc文件中定义：

  # DEBUG_INIT      0x00000001  // Initialization  # DEBUG_WARN      0x00000002  // Warnings  # DEBUG_LOAD      0x00000004  // Load events  # DEBUG_FS        0x00000008  // EFI File system  # DEBUG_POOL      0x00000010  // Alloc & Free (pool)  # DEBUG_PAGE      0x00000020  // Alloc & Free (page)  # DEBUG_INFO      0x00000040  // Informational debug messages  # DEBUG_DISPATCH  0x00000080  // PEI/DXE/SMM Dispatchers  # DEBUG_VARIABLE  0x00000100  // Variable  # DEBUG_BM        0x00000400  // Boot Manager  # DEBUG_BLKIO     0x00001000  // BlkIo Driver  # DEBUG_NET       0x00004000  // SNP Driver  # DEBUG_UNDI      0x00010000  // UNDI Driver  # DEBUG_LOADFILE  0x00020000  // LoadFile  # DEBUG_EVENT     0x00080000  // Event messages  # DEBUG_GCD       0x00100000  // Global Coherency Database changes  # DEBUG_CACHE     0x00200000  // Memory range cachability changes  # DEBUG_VERBOSE   0x00400000  // Detailed debug messages that may  #                             // significantly impact boot performance  # DEBUG_ERROR     0x80000000  // Error  # jw_debug, change 0x8000004F to 0x80000040  gEfiMdePkgTokenSpaceGuid.PcdDebugPrintErrorLevel|0x80000040

5.1. 之后是SerialPortWrite()函数，它是具体输出到某个介质的实现了。

4.2. 除了BaseDebugLibSerialPort.inf这一种实现方式外（OVMF使用了这种方式），还有一个更加普遍的实现：PeiDxeDebugLibReportStatusCode.inf，它的实现方式是：

  //  // Send the DebugInfo record  //  REPORT_STATUS_CODE_EX (    EFI_DEBUG_CODE,    (EFI_SOFTWARE_DXE_BS_DRIVER | EFI_DC_UNSPECIFIED),    0,    NULL,    &gEfiStatusCodeDataTypeDebugGuid,    DebugInfo,    TotalSize    );

这里又使用了一个宏REPORT_STATUS_CODE_EX，它的实现如下：

#define REPORT_STATUS_CODE_EX(Type,Value,Instance,CallerId,ExtendedDataGuid,ExtendedData,ExtendedDataSize)  \  (ReportProgressCodeEnabled() && ((Type) & EFI_STATUS_CODE_TYPE_MASK) == EFI_PROGRESS_CODE)             ?  \  ReportStatusCodeEx(Type,Value,Instance,CallerId,ExtendedDataGuid,ExtendedData,ExtendedDataSize)        :  \  (ReportErrorCodeEnabled() && ((Type) & EFI_STATUS_CODE_TYPE_MASK) == EFI_ERROR_CODE)                   ?  \  ReportStatusCodeEx(Type,Value,Instance,CallerId,ExtendedDataGuid,ExtendedData,ExtendedDataSize)        :  \  (ReportDebugCodeEnabled() && ((Type) & EFI_STATUS_CODE_TYPE_MASK) == EFI_DEBUG_CODE)                   ?  \  ReportStatusCodeEx(Type,Value,Instance,CallerId,ExtendedDataGuid,ExtendedData,ExtendedDataSize)        :  \  EFI_UNSUPPORTED

这里会根据xxxEnabled()和一个type参数来确定是否执行函数ReportStatusCodeEx()。

其中Enabled是根据dsc文件中的PCD变量来的，以ReportDebugCodeEnabled()为例：

/**  Returns TRUE if status codes of type EFI_DEBUG_CODE are enabled  This function returns TRUE if the REPORT_STATUS_CODE_PROPERTY_DEBUG_CODE_ENABLED  bit of PcdReportStatusCodeProperyMask is set.  Otherwise FALSE is returned.  @retval  TRUE   The REPORT_STATUS_CODE_PROPERTY_DEBUG_CODE_ENABLED bit of                  PcdReportStatusCodeProperyMask is set.  @retval  FALSE  The REPORT_STATUS_CODE_PROPERTY_DEBUG_CODE_ENABLED bit of                  PcdReportStatusCodeProperyMask is clear.**/BOOLEANEFIAPIReportDebugCodeEnabled (  VOID  ){  return (BOOLEAN) ((PcdGet8 (PcdReportStatusCodePropertyMask) & REPORT_STATUS_CODE_PROPERTY_DEBUG_CODE_ENABLED) != 0);}

PCD变量指的是PcdReportStatusCodePropertyMask，它的值可以是

//// Declare bits for PcdReportStatusCodePropertyMask//#define REPORT_STATUS_CODE_PROPERTY_PROGRESS_CODE_ENABLED          0x00000001#define REPORT_STATUS_CODE_PROPERTY_ERROR_CODE_ENABLED             0x00000002#define REPORT_STATUS_CODE_PROPERTY_DEBUG_CODE_ENABLED             0x00000004

这里的3个值刚好和REPORT_STATUS_CODE_EX宏里面的一一对应。

关于REPORT_STATUS_CODE_EX的第一个参数type也对应的有3种：

////// Definition of code types. All other values masked by/// EFI_STATUS_CODE_TYPE_MASK are reserved for use by/// this specification.//////@{#define EFI_PROGRESS_CODE             0x00000001#define EFI_ERROR_CODE                0x00000002#define EFI_DEBUG_CODE                0x00000003///@}

对于我们的DEBUG宏来说，使用的是EFI_DEBUG_CODE这种类型。

事实上REPORT_STATUS_CODE_EX宏可以单独的拿出来用，并使用不同的type类型，比如说BdsEntry.c中就有：

      REPORT_STATUS_CODE_EX (        EFI_ERROR_CODE,        PcdGet32 (PcdErrorCodeSetVariable),        0,        NULL,        &gEdkiiStatusCodeDataTypeVariableGuid,        SetVariableStatus,        sizeof (EDKII_SET_VARIABLE_STATUS) + NameSize + DataSize        );

5.2. 之后就涉及到函数ReportStatusCodeEx()了。

它的实现非常多，PEI阶段、DXE阶段、SMM模块，RUNTIME模块等等都有不同的实现。

下面以DXE阶段为例，它的实现位于MdeModulePkg/Library/DxeReportStatusCodeLib/DxeReportStatusCodeLib.inf（对于Coreboot来说）。

它的实现并不复杂，不过要注意其中有优先级的变化，这在实际应用中可能导致一些问题。

ReportStatusCodeEx()函数又调用了InternalReportStatusCode()函数，而后者是通过gEfiStatusCodeRuntimeProtocolGuid对应的Protocol来进行输出的。

6. 对于gEfiStatusCodeRuntimeProtocolGuid，它是在IntelFrameworkModulePkg/Universal/StatusCode/RuntimeDxe/StatusCodeRuntimeDxe.inf中安装的（对于Coreboot来说），该Protocol只包含一个函数：ReportDispatcher，在InternalReportStatusCode()函数中就是调用了该函数实现。

7. ReportDispatcher()函数需要关注的主要代码如下：

  if (FeaturePcdGet (PcdStatusCodeUseSerial)) {    SerialStatusCodeReportWorker (      CodeType,      Value,      Instance,      CallerId,      Data      );  }  if (FeaturePcdGet (PcdStatusCodeUseMemory)) {    RtMemoryStatusCodeReportWorker (      CodeType,      Value,      Instance      );  }  if (FeaturePcdGet (PcdStatusCodeUseDataHub)) {    DataHubStatusCodeReportWorker (      CodeType,      Value,      Instance,      CallerId,      Data      );  }  if (FeaturePcdGet (PcdStatusCodeUseOEM)) {    //    // Call OEM hook status code library API to report status code to OEM device    //    OemHookStatusCodeReport (      CodeType,      Value,      Instance,      CallerId,      Data      );  }

根据不同的PCD变量，可以选在不同的打印输出，甚至还有自定义的方式。

以SerialStatusCodeReportWorker()为例，它到最后也是调用了SerialPortWrite()，这跟OVMF中的实现就对应上了。

跟OVMF版本不同的是这里可以有更多的扩展。

以上就是DEBUG的实现。

另外再补充一个与DEBUG同一级别的调试代码ASSERT，它最终对应的代码是：

VOIDEFIAPIDebugAssert (  IN CONST CHAR8  *FileName,  IN UINTN        LineNumber,  IN CONST CHAR8  *Description  )

使用ASSERT的时候要特别注意，当ASSERT之后代码可以进入CPU Dead Loop，这个时候代码就无法继续执行下去。

通常在发行版的UEFI中不会让这种情况出现，这个使用就需要设置DSC（或者DEC）中的一个PCD：PcdDebugPropertyMask，它可以设置不同的值，每个BIT代表的意义如下：

//// Declare bits for PcdDebugPropertyMask//#define DEBUG_PROPERTY_DEBUG_ASSERT_ENABLED       0x01#define DEBUG_PROPERTY_DEBUG_PRINT_ENABLED        0x02#define DEBUG_PROPERTY_DEBUG_CODE_ENABLED         0x04#define DEBUG_PROPERTY_CLEAR_MEMORY_ENABLED       0x08#define DEBUG_PROPERTY_ASSERT_BREAKPOINT_ENABLED  0x10#define DEBUG_PROPERTY_ASSERT_DEADLOOP_ENABLED    0x20

当设置了DEBUG_PROPERTY_ASSERT_DEADLOOP_ENABLED就会进入Dead Loop：

  //  // Generate a Breakpoint, DeadLoop, or NOP based on PCD settings  //  if ((PcdGet8(PcdDebugPropertyMask) & DEBUG_PROPERTY_ASSERT_BREAKPOINT_ENABLED) != 0) {    CpuBreakpoint ();  } else if ((PcdGet8(PcdDebugPropertyMask) & DEBUG_PROPERTY_ASSERT_DEADLOOP_ENABLED) != 0) {    CpuDeadLoop ();  }

还没有说ASSERT的使用，这里举个例子：

ASSERT (FileHandle != NULL);

需要特别注意，这里（）中的条件是我们希望的，所以ASSERT(FALSE)才是真正错误的情况。

其实还有一种类型的ASSERT：ASSERT_EFI_ERROR (Status);

就是说当Status是错误的返回值时就ASSERT。

0 0