UEFI之Dubug
作者：互联网
概要
在UEFI的调试中，我们必不可少的是打印Debug，通常用DEBUG宏来完成，
所有需要打印的模块中都需要包含一个Debug 头文件Library/DebugLib.h和一个Debug库DebugLib
比如：
DEBUG((DEBUG_INFO, "(Agent)SetLastAttemp - %r\n", VarStatus));
使用介绍
需要注意的有几点：
-
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；
-
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,与标准C中略有不同：
%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，这样不足的前置位由0补充；
%lx：表示64位的十六进制；
%ld：表示64位的十进制；
%s/%S：表示宽字符串，就是类似L""的字符串，类型是CHAR16；
- 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
说明：
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。
- DEBUG中打印字符的长度是有限制的，最多0x100个字符,后面会具体说明。
宏实现
- 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。
- 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：
BOOLEAN
EFIAPI
DebugPrintEnabled (
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。
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.
**/
BOOLEAN
EFIAPI
DebugPrintLevelEnabled (
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。
- 真正的函数
DebugPrint()，它也定义在DebugLib中，以MdePkg/Library/BaseDebugLibSerialPort/DebugLib.c为例：
VOID
EFIAPI
DebugPrint (
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#define MAX_DEBUG_MESSAGE_LENGTH 0x100；
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：
SerialPortWrite()函数，它是具体输出到某个介质的实现了。
- 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.
**/
BOOLEAN
EFIAPI
ReportDebugCodeEnabled (
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
);
- 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。
-
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。 -
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：
VOID
EFIAPI
DebugAssert (
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。
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