作者： ljcnaix

这篇教程中有一些示例程序，可以动手调试来加深理解。要调试 ARM 程序，我们需要能运行 ARM 程序的运行环境和支持 ARM 架构的调试器。本篇教程将基于 x86 平台的 Ubuntu 16.04 ，介绍如何搭建 ARM 的交叉编译、运行和调试环境。

Ubuntu 16.04 的源中提供了多个 arm-gcc 的软件包，以 gcc 5 为例可以通过“ apt search ”命令找到“ gcc-5-arm-linux-gnueabi ”和“ gcc-5-arm-linux-gnueabihf ”两个软件包。这两个软件包安装的编译工具是一样的，只是与浮点数相关的默认编译选项不同。由于我们虚拟的环境没有FPU ，只需要安装“ gcc-5-arm-linux-gnueabi ”就可以了。

安装完成后可以在“/usr/bin/arm-linux-gnueabi-*”找到相关的编译工具链，包含常用的gcc、as 和ld 等。只要使用如下两条命令，就可以实现对ARM汇编的编译：

可以使用如下命令编译经典的“ hello world ”程序，用于后续章节的实验：

最简单的运行环境是使用 qemu-user-static 模拟运行静态编译的可执行程序。我们可以使用如下命令模拟运行上一节创建的 hello 程序：

首先安装 qemu-user-static ，若已安装可以忽略这一步

直接执行 hello 程序

启动 gdbserver 等待 gdb 连接

上述命令运行后会启动一个qemu自带的gdbserver ，监听你通过“-g”选项指定的端口。可以在另一个窗口中启动gdb进行远程调试（远程调试的细节，将在第三章介绍）。

qemu-user-static 的方式比较简单，但功能也很局限， Azeria-labs 的教程中介绍了另一种方法，使用 qemu 创建一台虚拟树莓派。首先你需要安装 qemu-system ：

为了虚拟一台树莓派，你还需要下载专为树莓派定制的 debian 镜像（ raspbian ）和支持树莓派的内核文件。

raspbian 镜像下载地址： https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/
树莓派内核下载地址： https://github.com/dhruvvyas90/qemu-rpi-kernel

Raspbian 的镜像有两个版本，一个带图形界面的完整版和一个没有图形界面的 lite 版本，对于我们的实验而言 lite 版本就足够了。内核文件有多个，选择内核版本最新的那个就可以了。下载完上述文件后，创建一个“ arm_vm ”目录，将上述文件一起放置在该目录下。然后执行如下命令：

你应该可以看到，类似如下内容：

注意标红的部分，可以看到文件系统从 94208 扇区开始。我们将这个值乘以 512 ，本例中为“ 94208 * 512=48234496 ”，这就是文件系统起始位置的偏移字节数，在下面的命令中我们会用到：

将上述文件中的所有内容用“ # ”注释掉，保存修改并退出。

如果 fstab 文件中有出现 mmcblk0 字符串，那么将“ /dev/mmcblk0p1 ”替换为“ /dev/sda1 ”，将“ /dev/mmcblk0p2 ”替换为“ /dev/sda2 ”，保存后退出。至此，系统配置的修改完成，可以将“ /mnt/raspbian ”卸载掉。

你可以进入“ arm_vm ”目录，使用如下脚本启动虚拟机：

虚拟机启动后默认的登录密码是“ raspberry ”。为了更方便的使用虚拟机，我们需要开启 ssh 服务，并设置开机启动。

此时，你应该已经可以使用如下命令，通过 ssh 访问虚拟机了：

我们可以使用 scp 命令通过 ssh ，将上一节编译的 hello 程序上传到虚拟机中执行：

进入虚拟机的 tmp 目录，可以看到我们上传的 hello 程序尝试执行，应该会输出久违的“ hello world! ”，说明我们的交叉编译环境搭建是正确的。至此我们的虚拟树莓派环境搭建完毕。

调试环境的搭建是最重要的也是坑最多的。为了模拟真实 IoT 安全实战中远程调试的场景，我们将介绍如何交叉编译 gdbserver 并上传至虚拟机进行远程调试。为了获得类似 pwndbg 那样强大的调试效果，我们将介绍如何安装使用专为 IoT 安全设计的 gef 增强脚本。

在使用 gdb 进行调试之前，我们需要先安装 gdb-multiarch 。顾名思义，它是 gdb 支持多中硬件体系架构的版本。之所以要安装 gdb-multiarch ，是因为 Ubuntu 默认安装的 gdb 只支持 x86/x64 架构，你可以启动 gdb 然后输入命令“ set architecture arm ”查看， gdb 会提示错误。

安装 gdb-multiarch

启动 gdb-multiarch

在分析 IoT 设备的安全性时，我们往往需要上传 gdbserver 进行远程调试。在我们的实验环境中（事实上我们的 Raspbian 系统自带 gdb ），我们也可以模拟搭建一个远程调试环境。首先，我们需要获取 gdb 的源码（包含了 gdb 源码和 gdbserver 源码），版本需要与我们本地的 gdb 版本一致，因为 gdbserver 需要与 gdb 版本保持一致，否则容易出现非预期的问题。你可以在这个地址，找到 gdb 各版本的源码： http://ftp.gnu.org/gnu/gdb/。

下载解压后进入“ gdb-<version>/gdb/gdbserver ”目录，使用如下命令编译安装：

然后，在你通过“ --prefix ”选项指定的路径下，就可以找到编译完成的 gdbserver 了。使用 file 命令查看，应该可以看到类似如下输出：

使用 scp 将 gdbserver 上传到我们的虚拟树莓派中并启动：

至此，我们的远程调试环境搭建完毕，下一节，我们将引入 gef 增强脚本。

gef 是一个支持多种硬件体系结构的 gdb 增强脚本，非常适合 IoT 安全领域应对多变的硬件平台。你可以参考 github 主页（ https://github.com/hugsy/gef ）的 README ，进行安装配置。不过需要注意的是， gef 依赖的第三方模块 keystone-engine 需要手动安装，因为 pip 源提供的安装是无效的。建议先通过 pip 安装，如果安装后 gef 的部分功能仍无法使用，可以卸载通过 pip 安装的第三方模块，在 github 上（ https://github.com/keystone-engine/keystone）下载最新源码，手动编译安装（参见：http://www.keystone-engine.org/docs/）。

安装完成后开启 gdb 调试，你将看到类似如下的界面：

首先设置目标硬件体系架构为 arm ：

我们使用 gef-remote 命令连接 gdbserver ，如果使用 gdb 自带的“ target remote ”命令会出现一些非预期的问题（参见： https://github.com/hugsy/gef/issues/7）。

你应该能看到类似如下的输出：

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