RaspberryPiプログラムをMacでコンパイルおよびデバッグ

RaspberryPiプログラムをLinux上でクロスコンパイル＆デバッグする記事は見かけるが、Mac上でこれらを行っているものはあまり見かけないので、備忘録も兼ねて記録する。

環境

Mac

macOS Catalina 10.15.7

RaspberryPi

大昔に買ったもの。バージョンなどは下記のとおり。（これらの確認方法については参照サイト参照）

pi@raspberrypi:~ $ uname -a
Linux raspberrypi 4.19.97+ #1294 Thu Jan 30 13:10:54 GMT 2020 armv6l GNU/Linux
pi@raspberrypi:~ $ lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID:	Raspbian
Description:	Raspbian GNU/Linux 10 (buster)
Release:	10
Codename:	buster
pi@raspberrypi:~ $ cat /proc/device-tree/model 
Raspberry Pi Model B Plus Rev 1.2

クロスコンパイラ＆クロスコンパイル

ほぼ、こちらの記事に従う。

１　Command line toolおよびHomebrewをインストール
こちらのとおり。

２　wgetインストール（オプション）

$ brew install wget

３　クロスコンパイラ用ディレクトリの作成

$ mkdir -p raspbian-sdk/{prebuilt,sysroot}

４　clang+llvmのダウンロードおよび解凍

$ wget https://github.com/llvm/llvm-
project/releases/download/llvmorg-11.0.0/clang+llvm-11.0.0-x86_64-apple-darwin.tar.xz
$ tar -xzf clang+llvm-11.0.0-x86_64-apple-darwin.tar.xz -C "raspbian-sdk/prebuilt" --strip-components=1

５　binutilsのインストール
私の環境では、v2.31以上のbinutilsはうまくBuildできず、v2.30を利用。

$ wget http://ftp.gnu.org/gnu/binutils/binutils-2.30.tar.xz
$ tar -xzf binutils-2.30.tar.xz
$ cd binutils-2.30
$ brew install coreutils
$ ./configure --prefix="`/usr/local/bin/realpath ../raspbian-sdk/prebuilt`" \
	--target=arm-linux-gnueabihf \
	--enable-gold=yes \
	--enable-ld=yes \
	--enable-targets=arm-linux-gnueabihf \
	--enable-multilib \
	--enable-interwork \
	--disable-werror \
	--quiet
$ make && make install

６　最初のディレクトリに戻る

$ cd ..

７　rsync導入
Macにインストール済のrsyncでは、この後に実施する何かのオプションが足りないらしい（どこかの記事にあり）。

$ brew install rsync

８　RaspberryPiからライブラリやヘッダをMacにコピー
本題からそれるが、RaspberryPiにはavahi-daemonが動作する設定をしているので、IPアドレスではなく、"raspberrypi.local"でRaspberryPiを指定することが可能。

$ /usr/local/bin/rsync -rzLR --safe-links \
	pi@raspberrypi.local:/usr/lib/arm-linux-gnueabihf \
	pi@raspberrypi.local:/usr/lib/gcc/arm-linux-gnueabihf \
	pi@raspberrypi.local:/usr/include \
	pi@raspberrypi.local:/lib/arm-linux-gnueabihf \
	raspbian-sdk/sysroot

９　クロスコンパイル用のスクリプト作成

$ vi raspbian-sdk/prebuilt/bin/arm-linux-gnueabihf-clang

arm-linux-gnueabihf-clang

# !/bin/bash
BASE=$(dirname $0)
SYSROOT="${BASE}/../../sysroot"
TARGET=arm-linux-gnueabihf
COMPILER_PATH="${SYSROOT}/usr/lib/gcc/${TARGET}/8"
exec env COMPILER_PATH="${COMPILER_PATH}" \
	"${BASE}/clang" --target=${TARGET} \
		--sysroot="${SYSROOT}" \
		-isysroot "${SYSROOT}" \
		-L"${COMPILER_PATH}" \
		--gcc-toolchain="${BASE}" \
		"$@"

$ chmod +x raspbian-sdk/prebuilt/bin/arm-linux-gnueabihf-clang

１０　ビルド＆RaspberryPiへのコピー
ここでは次のソースコードをビルド＆デバッグの対象とする。

abc.c

# include <stdio.h>

int main() {
  int i, sum=0;
  printf("Bonjour!\n");
  for (i=1; i<=10; i++) {
    sum += i;
    printf("i=%d sum=%d\n", i, sum);
  }
  printf("Au revoir!\n");
  return(0);
}

$ ls
abc.c
$ ../raspbian-sdk/prebuilt/bin/arm-linux-gnueabihf-clang -g3 -o abc abc.c
$ scp abc pi@raspberrypi.local:

デバッグ環境（gdb）

RaspberryPi

gdbserverをインストール。

pi@raspberrypi:~ $ sudo apt install gdbserver

Mac

こちらかこちらを参考にして、ARM用gdbをインストール。

$ brew install arm-none-eabi-gdb

など。LinaroなどにもBuildされたgdbが見つかる。

デバッグ

RaspberryPi

pi@raspberrypi:~ $ gdbserver --multi :5555
Listening on port 5555

Mac(CLI)

gdb用スクリプト(gdb_local)を用意して、arm-none-eabi-gdbを起動する。

$ cat gdb_load 
target extended-remote raspberrypi.local:5555
file /Users/xyz/proj/pi/abc
remote put /Users/xyz/proj/pi/abc /home/pi/abc
set remote exec-file /home/pi/abc
start
$
$ arm-none-eabi-gdb -x gdb_load

　多数メッセージ省略

Temporary breakpoint 1 at 0x10424: file abc.c, line 4.
warning: A handler for the OS ABI "GNU/Linux" is not built into this configuration
of GDB.  Attempting to continue with the default armv6 settings.


Temporary breakpoint 1, main () at abc.c:4
4	  int i, sum=0;
(gdb)

この時のRaspberryPi側表示。

Remote debugging from host 192.168.10.107
Process /home/pi/abc created; pid = 850

あとは、煮るなり焼くなりする。

Mac(VSCode)

VSCodeは使ったことがないので、こちらの記事を参考にして、素人レベルの視点で記載。

ソースコードがあるディレクトリを開いた後、VSCodeにてデバッグ開始。

すると、

となり、「C++(GDB/LLDB)」を選択する。その後、launch.jsonが開くので、次のように編集。

launch.json

{
    "version": "0.2.0",
    "configurations": [
        {
            "name": "arm-none-eabi-gcc - アクティブ ファイルのビルドとデバッグ",
            "type": "cppdbg",
            "request": "launch",
            "program": "${workspaceFolder}/abc",
            "args": [],
            "stopAtEntry": true,
            "cwd": "${workspaceFolder}",
            "environment": [],
            "externalConsole": false,
            "MIMode": "gdb",
            "miDebuggerPath": "arm-none-eabi-gdb",
            "setupCommands": [
                {"text": "target extended-remote raspberrypi.local:5555"},
                {"text": "file ${workspaceFolder}/abc"},
                {"text": "remote put ${workspaceFolder}/abc /home/pi/abc"},
                {"text": "set remote exec-file /home/pi/abc"}
            ]
        }
    ]
}

適宜、メニューから「デバッグの開始」を選択し、設定したい行にブレークポイントを設定する。

ブレークポイント選択後の様子（８行目）。

変数の状況を見るには、

ビューを開くから、

「変数」を検索すると、変数を表示するWindowが表示される。

変数をクリックすれば、値を変更することも可能。

終わりに

参考サイトの方、トレビアンです。