朱文哲解析VxWorks系统与Linux差异及TP-Link命令行功能演变

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在网络设备调试这一领域，VxWorks系统与Linux系统存在显著不同，调试起来确实有一定难度。但我们可以运用特定技巧，对基于VxWorks系统的设备进行调试。下面，我将逐一为大家详细讲解。

调试背景与目标

过去我们通过解析固件获取了完整的命令行指令，然而在VxWorks系统中，若没有调试功能，就难以进行调试。2019年，我针对MIPS架构的VxWorks路由器编写了串口调试功能。然而，时至今日，TP-Link的命令行功能已有所改变，而且之前的项目是基于python2开发的，并不兼容ARM架构，因此这次需要进行调试。我们的目标是依托VxWorks 5操作系统，实现对其内核内存的直接访问和读写操作，并且能够读取task寄存器的数值。

系统差异与挑战

VxWorks系统与常规的Linux系统存在显著差异。在没有调试功能的情况下，进行调试工作变得相当困难。特别是VxWorks 5系列，它仅限于内核态，尽管其task与其他系统的线程相似且共享内存，但在调试操作上与传统系统有着显著的不同。这些差异使得调试设备面临了不少挑战。

命令获取与内存读写

以前，查看各任务PC寄存器等信息的task命令一目了然，如今却需借助task - c命令来单独获取某任务的关键信息。通过命令行的内存读写功能，可以将调试用的shellcode写入设备内存，为调试工作打下基础。这整个过程，就像是提前为设备准备好了调试所需的“工具”。

插入调试shellcode

下面是一些调试功能的示意图：

我们采用与Inline Hook类似的技术，在调试所需的代码段中实施插桩。随后，我们注入调试用的shellcode，使其转向执行Hook代码。该调试shellcode将陷入无限循环，并持续等待后续的调试指令。在此状态下，我们便可通过命令行发出指令，查看调试任务的相关寄存器和内存信息。

shellcode关键部分

调试用的shellcode包含三个主要部分。首先，它初始化调试栈，用于申请和设置调试shellcode所需的栈内存。其次，是Debug loop部分，这部分会无限循环，并根据debug flag的设置来执行恢复断点或刷新CPU缓存的操作。最后，Recover部分负责在恢复寄存器状态后，跳转回断点位置继续执行。

dbg_statck:    dbg_stack_address = SP - 0x200    dbg_stack_address + 0xa4 ~ 0x200 = reserve    dbg_stack_address + 0x20 ~ 0xa0 = regs store address    dbg_stack_address + 0x1C ~ 0x1C = reserve    dbg_stack_address + 0x18 = Debug loop count    dbg_stack_address + 0x14 = Cache updated count, use to sync update status.    dbg_stack_address + 0x10 = Cache update size(Default is bp_overwrite_size)    dbg_stack_address + 0x0c = Address Need Update Cache(Default is Break PointAddress)    dbg_stack_address + 0x08 = Break Point Address + bp_overwrite_size    dbg_stack_address + 0x04 = Original $RA Value    dbg_stack_address + 0x00 = Debug Flags(0: Keep loop, 1: Recover, 2: Needupdate cache)

设备调试与效果

def create_bp_asm(self, bp_address):    """Create breakpoint asm code    :param bp_address: break point address    :return: Breakpoint shellcode    """    # increase stack size    asm_code = '''    mov r12, sp    sub sp, sp, #0x{:x}    // save original lr value    str lr, [sp, #0x04]    // jump to dbg loop    bl 0x{:08x}    '''.format(self.dbg_stack_size, self.debugger_base_address)    self.logger.debug("asm_code: %s" % asm_code)    asm_data = self.assemble(str(asm_code), bp_address)    if not asm_data:        return None    return asm_data

核心任务完成后，只需编写一些基础的辅助程序，即可对WDR-7660设备进行调试。调试到特定断点时，可以观察到各个寄存器的数值和其他基本信息。能够如此全面和高效地进行设备调试，说明我们已经找到了一种既可行又高效的方法。

###########################     Init DBG Stack     ###########################init_dbg_stack_asm_code = '''init_dbg_stack:// first save r0 to sp + 0x20, we need use r0 in debug loopstr r0, [sp, #0x{:x}]// set flag to zeromov r0, 0str r0, [sp]// clean up debug loop countstr r0, [sp, #0x18]// save current return address to stackstr lr, [sp, #0x08]// set lr to break point address and do not touch lr later.sub lr, lr, #0x{:x}// save regs to reg_store_offset + 0x04, skip r0add r0, sp, {}stmea r0!, {{R1-R11, r12, lr, pc}}// init cache update stack value to default bp address// Save cache update addressstr lr, [sp, #0x0c]mov r0, 0x{:x}// Save cache update sizestr r0, [sp, #0x10]// Init Cache updated countmov r0, 0str r0, [sp, # 0x14]'''.format(reg_store_offset, self.bp_overwrite_size, reg_store_offset + 0x04,self.bp_overwrite_size)

遇到VxWorks系统调试难题的朋友们，你们觉得哪个调试环节对你们帮助最大？欢迎在评论区分享你的看法，同时别忘了点赞并转发这篇文章。

###########################        DBG Loop        ###########################dbg_loop_asm_code = '''start_dbg_loop:// Update debug loop countldr r0, [sp, #0x18]add r0, 1str r0, [sp, #0x18]// Add delay 60mov r0, 60// call task_delaybl 0x{:x}// call cacheTextUpdate if flag == 0x02ldr r0, [sp]cmp r0, 2bne part_4debug_loop:// update cacheTextUpdate execute countldr r0, [sp, #0x14]add r0, 1str r0, [sp, #0x14]update_cache:// update cacheldr r0, [sp, #0x0c]// Force v7_flush_kern_cache_allmov r1, -1bl 0x{:x}// set flag to 0x00mov r0, 0str r0, [sp]// if flag != 0x01 keep looppart_4:// update dbg stack cache in each loop// mov r0, sp// mov r1, 0x{:x}// bl 0x{:x}ldr r0, [sp]cmp r0, 1bne start_dbg_loop'''.format(task_delay_addr, self.cache_update_address, self.dbg_stack_size,self.cache_update_address)

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