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版本 6676785aea6c6425f677f722a3ef02895b1ec1f1

embedded/Lab38

Changes from 6676785aea6c6425f677f722a3ef02895b1ec1f1 to current

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title: Lab38: ARM Environment (2015q1 Week #2)
title: Lab38: Cross-Development (2015q1 Week #2)
toc: no
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預期目標
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- 驗證 `Introduction to ARM Architecture<https://docs.google.com/presentation/d/1cFBRICktpVQAOLzE5eDKD-OM4ckJuncFsn39Wg8aLZI/edit#slide=id.p14>`_  簡報內容
- 驗證 [Introduction to ARM Architecture](https://docs.google.com/presentation/d/1cFBRICktpVQAOLzE5eDKD-OM4ckJuncFsn39Wg8aLZI/edit#slide=id.p14)  簡報內容
- 學習 GNU Toolchain
- 使用 QEMU 作為指令集模擬器

預先準備動作
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* 在自己的電腦中，安裝 `Lubuntu<http://lubuntu.net/>`_ 14.10 作業系統 (版本太舊的話，後續操作可能會失敗)
  - 虛擬機器環境 (不建議): `透過 VirtualBox 安裝 LubVirtualBox 安裝 Lubuntu<https://hackpad.com/VirtualBox-with-LUbuntu14.04-yza4C1MPF5s>`_
* 在自己的電腦中，安裝 [Lubuntu](http://lubuntu.net/) 14.10 作業系統 (版本太舊的話，後續操作可能會失敗)
  - 虛擬機器環境 (不建議): [透過 VirtualBox 安裝 LubVirtualBox 安裝 Lubuntu](https://hackpad.com/VirtualBox-with-LUbuntu14.04-yza4C1MPF5s)

* 安裝相關開發工具

.. code-block:: prettyprint

    sudo apt-get update
    sudo apt-get install build-essential git-core
    sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabihf g++-arm-linux-gnueabihf
    sudo apt-get install qemu-user qemu-system-arm

* 使用 bash 作為 shell，避免不相容的狀況

.. code-block:: prettyprint

    sudo apt-get install bash

* 關於 GNU/Linux 指令，請參閱 `鳥哥的 Linux 私房菜<http://linux.vbird.org/>`_
* 關於 GNU/Linux 指令，請參閱 [鳥哥的 Linux 私房菜](http://linux.vbird.org/)
  - 本系列課程全程使用 GNU/Linux，全世界有十幾億台裝置內建 Linux 系統，學習 Linux 是相當划算的投資！

* [熟悉 Git 和 GitHub 操作](/github)

範例程式碼操作
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* 取得 `Introduction to ARM Architecture<https://docs.google.com/presentation/d/1cFBRICktpVQAOLzE5eDKD-OM4ckJuncFsn39Wg8aLZI/edit#slide=id.p14>`_ 簡報對應的程式碼
* 取得 [Introduction to ARM Architecture](https://docs.google.com/presentation/d/1cFBRICktpVQAOLzE5eDKD-OM4ckJuncFsn39Wg8aLZI/edit#slide=id.p14) 簡報對應的程式碼

.. code-block:: prettyprint

        git clone https://github.com/embedded2015/arm-lecture.git

* 確認 `arm-lecture<https://github.com/embedded2015/arm-lecture.git>`_ 目錄已正確由 git 建立，接著切換工作目錄

.. code-block:: prettyprint

    cd arm-lecture

* 試著編譯 ARM 版本的 "Hello World" 程式
* 確認 [arm-lecture](https://github.com/embedded2015/arm-lecture.git) 目錄已正確由 git 建立，接著切換工作目錄，並且編譯 ARM 版本的 "Hello World" 程式

.. code-block:: prettyprint

    cd arm-lecture
    cd hello && make qemu

  - 預期將看到以下輸出

.. code-block:: prettyprint

    arm-linux-gnueabihf-as -c  -o hello.o hello.s
    arm-linux-gnueabihf-ld  -o hello hello.o 
    qemu-arm ./hello
    Hello, world!

* 若沒有特別指明，後續操作都在 `arm-lecture<https://github.com/embedded2015/arm-lecture.git>`_ 目錄之下，以下指令可以從 ``hello`` 目錄返回
* 若沒有特別指明，後續操作都在 [arm-lecture](https://github.com/embedded2015/arm-lecture.git) 目錄之下，以下指令可以從 ``hello`` 目錄返回

.. code-block:: prettyprint

    cd ..

對照測試簡報中的範例程式碼
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* 參閱 `Introduction to ARM Architecture<https://docs.google.com/presentation/d/1cFBRICktpVQAOLzE5eDKD-OM4ckJuncFsn39Wg8aLZI/edit#slide=id.p14>`_ 簡報內容
* 參閱 [Introduction to ARM Architecture](https://docs.google.com/presentation/d/1cFBRICktpVQAOLzE5eDKD-OM4ckJuncFsn39Wg8aLZI/edit#slide=id.p14) 簡報內容
* Example 1 (Page 31)

.. code-block:: prettyprint

    cd example1
    make default qemu

  - 預期輸出: ``0``
  - 修改  ``example1.c``，將其中的 ``return 0`` 改為 ``return c``，之後再 ``make qemu``，即可知道 ``add(a,b)`` 的輸出結果
  - 將 example1.c 中的 add(a,b) 改為 div(a,b)，並對照簡報 Page 40-41，在 Makefile 的 ``CFLAGS`` 加上`` -mcpu=cortex-a15``，
    可發現生成的 ARM 機械碼使用了 ``sdiv`` 指令

* Example 2 (Page 34)

.. code-block:: prettyprint

    cd example2
    make default qemu

  - 預期輸出:

.. code-block:: prettyprint

    a * b is 140
    a * b + c is 143
    c - a * b is -137

  - 對照簡報 Page 40-41，在 Makefile 的 ``CFLAGS`` 加上`` -mcpu=cortex-a15``，可發現生成的 ARM 機械碼使用了 ``sdiv`` 指令

* Example 3 (Page 45)

.. code-block:: prettyprint

    cd example3
    make default qemu

  - 預期輸出

.. code-block:: prettyprint

    a/2 / b/2 is 0

* Example 4 (Page 50)

.. code-block:: prettyprint

    cd example4
    make default qemu

  - 預期輸出

.. code-block:: prettyprint

    a * b is 664237569

* Example 5 (Page 55)

.. code-block:: prettyprint

    cd example5
    make default qemu

  - 預期輸出

.. code-block:: prettyprint

    a & b is 17
    Before operation, apsr was 20030010
    After operation, apsr was 60030010

* Example 6 (Page 62)

.. code-block:: prettyprint

    cd example6
    make default qemu

  - 預期輸出

.. code-block:: prettyprint

    The address of a is 0xf6fff0ac
    The value of b is now 10

作業要求
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* 參閱 `Introduction to ARM Architecture<https://docs.google.com/presentation/d/1cFBRICktpVQAOLzE5eDKD-OM4ckJuncFsn39Wg8aLZI/edit#slide=id.p14>`_ 簡報內容
  - Lab-1: 實做 `Fibonacci 數列<http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%96%90%E6%B3%A2%E9%82%A3%E5%A5%91%E6%95%B0%E5%88%97>`_，使用 ARM 組合語言
* 參閱 [Introduction to ARM Architecture](https://docs.google.com/presentation/d/1cFBRICktpVQAOLzE5eDKD-OM4ckJuncFsn39Wg8aLZI/edit#slide=id.p14) 簡報內容
  - Lab-1: 實做 [Fibonacci 數列](http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%96%90%E6%B3%A2%E9%82%A3%E5%A5%91%E6%95%B0%E5%88%97)，使用 ARM 組合語言
  - 必須實做遞迴和非遞迴的版本，分別對應 ``lab-1`` 和 ``lab-1i`` 目錄，請直接修改這兩個目錄中的程式碼，不需要建立新目錄

* 試著用最短的 ARM 組合語言程式碼來開發
  - 提示：使用 Thumb2 conditional code

* 嘗試評估 `Fibonacci 數列<http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%96%90%E6%B3%A2%E9%82%A3%E5%A5%91%E6%95%B0%E5%88%97>`_ 的執行效率，並比較遞迴和非遞迴實做的表現
* 嘗試評估 [Fibonacci 數列](http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%96%90%E6%B3%A2%E9%82%A3%E5%A5%91%E6%95%B0%E5%88%97) 的執行效率，並比較遞迴和非遞迴實做的表現
* 繳交方式：
  - 在 GitHub 上 Fork `arm-lecture<https://github.com/embedded2015/arm-lecture>`_，並提交修改
  - 在 GitHub 上 Fork [arm-lecture](https://github.com/embedded2015/arm-lecture)，並提交修改
    * 對應於 lab-1, lab-1i 這兩個目錄

  - 編輯下方「`作業區<https://embedded2015.hackpad.com/Week-2-Mar-3-ARM-Environment-PxsRjeEkz5l>`_」，增添開發紀錄和 GitHub 連結
  - 編輯 Hackpad 下方「[作業區](https://embedded2015.hackpad.com/Week-2-Mar-3-ARM-Environment-PxsRjeEkz5l)」，增添開發紀錄和 GitHub 連結

  - 更新上述 Hackpad，將作業加入，並標注自己的 ID
    *  寄件到 <jserv.tw@gmail.com>
    * 標題: “[NCKU/embedded]” 開頭，後面加學號與姓名
    * 內容：(回答以下問題)
       - GitHub 帳號, wiki 帳號 (註冊本站)
       - 關於 fork 出來的 repository 修改描述
       - 附上一份自我介紹和對課程的期許

* 截止日期：
   - Mar 14, 2015 (含) 之前
   - 越早在 GitHub 上有動態、越早接受 code review，評分越高

挑戰題
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* 修改 Makefile 和撰寫必要的 script，讓 ``make qemu`` 可以一併自動檢驗 Fibonacci 計算的正確性
  - 使用情境如同 ` Running unittests via QEMU<http://www.chromium.org/chromium-os/testing/qemu-unittests>`_
  - 使用情境如同 [ Running unittests via QEMU](http://www.chromium.org/chromium-os/testing/qemu-unittests)

* 計算每道 ARM/Thumb 指令的 cycle count，並且提出改善實做效能的方法

* 以 `gnuplot<http://www.gnuplot.info/>`_ 繪製效能分析圖表，藉此得知 Fibonacci 數列對於效能的影響
  - 參考資訊: `Gnuplot 純畫圖<http://user.frdm.info/ckhung/b/ma/gnuplot.php>`_
* 以 [gnuplot](http://www.gnuplot.info/) 繪製效能分析圖表，藉此得知 Fibonacci 數列對於效能的影響
  - 參考資訊: [Gnuplot 純畫圖](http://user.frdm.info/ckhung/b/ma/gnuplot.php)

* 練習 `ARM GCC Inline Assembly<http://www.ethernut.de/en/documents/arm-inline-asm.html>`_
* 練習 [ARM GCC Inline Assembly](http://www.ethernut.de/en/documents/arm-inline-asm.html)

參考資料
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* `Git / GitHub 教學<http://dylandy.github.io/Easy-Git-Tutorial/>`_
* `Thumb2 conditional code 以及程式開發心得<http://www.slideshare.net/hirokiht/arm-developement>`_, 竹內宏輝
* [30 天精通 Git 版本控管](https://github.com/doggy8088/Learn-Git-in-30-days)
* [史上最淺顯易懂的 Git 教程](http://www.liaoxuefeng.com/wiki/0013739516305929606dd18361248578c67b8067c8c017b000) (簡體中文)
* [Git / GitHub 教學](http://dylandy.github.io/Easy-Git-Tutorial/)
* [Learn Git Branching](http://pcottle.github.io/learnGitBranching/) (精美動畫，必看)
* [Thumb2 conditional code 以及程式開發心得](http://www.slideshare.net/hirokiht/arm-developement), 竹內宏輝