版本 9c2dfe96fc2f5a1769afe788b4b48589338756b4

Lab20: GNU Toolchain

預期目標

搭配第二周<http://wiki.csie.ncku.edu.tw/embedded/2013-w2>_課程進度
學習 GNU Toolchain 的使用
學習 ARM semihosting 的使用

QEMU + GDB操作

假設 Lab-19</embedded/Lab19>_ 所使用 QEMU 的目錄已放在 workspace 目錄

.. code-block:: prettyprint

cd workspace file qemu_stm32

取得 GDB Automation

.. code-block:: prettyprint

git clone git://github.com/embedded2013/gdb-automation.git cd gdb-automation

開啟一個終端機，作以下輸入

.. code-block:: prettyprint

make qemudbg

開啟另一個終端機，準備透過 gdb 來追蹤程式。下列 (gdb) 開頭的指令表示在 GDB 內部操作
使用 Ubuntu 64-bit 版本時，需要另外安裝 lib32ncurses5
- sudo apt-get install lib32ncurses5

.. code-block:: prettyprint

cd gdb-automation
arm-none-eabi-gdb
(gdb) file main.elf 
Reading symbols from gdb-automation/main.elf...done.
(gdb) b main
Breakpoint 1 at 0x2206: file main.c, line 8.
(gdb) target remote :3333
Remote debugging using :3333
Reset_Handler ()
    at libraries/CMSIS/CM3/DeviceSupport/ST/STM32F10x/startup/gcc_ride7/startup_stm32f10x_md.s:67
67	  movs	r1, #0
(gdb) c
Continuing.

Breakpoint 1, main () at main.c:8
8		RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
(gdb) list
3	
4	int main(void)
5	{
6		int last_button_state, new_button_state;
7	
8		RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
9		RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
10						
11		/* Configure PC.12 as output push-pull (LED) */
12		GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_12,Bit_SET);
(gdb) b 23
Breakpoint 2 at 0x2264: file main.c, line 23.
(gdb) c
Continuing.

Breakpoint 2, main () at main.c:23
23			new_button_state = GPIOA->IDR & 0x00000001;
(gdb) n
24			if(new_button_state ^ last_button_state) {
(gdb) p new_button_state
$1 = 0
(gdb) info breakpoints 
Num     Type           Disp Enb Address    What
1       breakpoint     keep y   0x00002206 in main at main.c:8
breakpoint already hit 1 time
2       breakpoint     keep y   0x00002264 in main at main.c:23
breakpoint already hit 1 time
(gdb) del 2
(gdb) watch GPIOC->ODR
Hardware watchpoint 3: GPIOC->ODR
(gdb) c
Continuing.

在 QEMU monitor 內作以下輸入，試圖模擬按鈕的動作

.. code-block:: prettyprint

sendkey b

隨後可發現 GDB 畫面出現變化：

.. code-block:: prettyprint

Hardware watchpoint 3: GPIOC->ODR

Old value = 4096
New value = 0
main () at main.c:29
29			last_button_state = new_button_state;

事實上 GPIOC 是個 macro，可透過 GDB 驗證

.. code-block:: prettyprint

(gdb) info macro GPIOC
Defined at libraries/CMSIS/CM3/DeviceSupport/ST/STM32F10x/stm32f10x.h:1410
  included at Lab-2/demo/main.c:2
#define GPIOC ((GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE)

GDB Automation

撰寫特別的 GDB script，使得 QEMU 能自動在 UART 畫面印出 “Hello!” 字樣。main.c 檔案的行數應該越少越好，處理動作最好全權交給 GDB
在 Makefile 新增 ‘gdbauto’ 的 target，自動進行 QEMU + GDB + UART 輸出
- 也就是預期執行 make gdbauto 之後，能呼叫 QEMU

參考作業 (A) 要求

原本的 GDB Automation 程式僅能將 “Hello!” 字樣輸出到 UART 裝置，是否能夠在 GDB session 中取得輸出的文字並比對？(自動測試需求)
- 提示：可在 GDB 使用 set logging on
- 提示：可修改 QEMU 執行參數
進一步縮短 gdb.in 的檔案長度

ARM Semihost

使用 ARM 所開發的目標系統 (target system)，不一定會提供所有的輸入/輸出設備。因此 ARM 設計了 semihost 這種機制，讓運行 ARM debugger 的主機可以與目標系統進行 I/O 溝通，以利產品開發
- http://albert-oma.blogspot.tw/2012/04/semihosting.html
Semihost 的實作是透過使用定義好的軟體中斷 (SVCs)，使程式在執行過程中產生中斷。一旦目標系統上的程式呼叫到對應的指令 (semihosting call)，便產生軟體中斷，接著 Debug Agent 就會負責處理此中斷，進行與主機的溝通
- http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.dui0205g/Bgbjhiea.html
FreeRTOS extensions: https://github.com/hugovincent/mbed-freertos
- lib/semifs.c
- mbed (mbed.org) target supports semihosted local filesystem, accessible via the mbed USB interface. Should also work with semihosting-compatible debuggers.
QEMU ARM semihosting
- http://balau82.wordpress.com/2010/11/04/qemu-arm-semihosting/

qemu-semihost 操作

cd ~/workspace
git clone git://github.com/embedded2013/qemu-semihost.git
cd qemu-semihost
./test.sh

參考作業 (B) 要求

從 rtenv<https://github.com/embedded2013/rtenv>_ 移植或參考其 pathserver, read, write 實作，使得 qemu-semihost 的 hello.c 得以從 Linux host 端讀取和寫入檔案
至少得讀取 host 端檔案，加入特定字串後，再寫回到 host 端

作業繳交方式

請更新作業提案到共筆網站: Lab 20 / 作業共筆<https://embedded2013.hackpad.com/Lab20-GNU-Toolchain-zI6gzN3uv1c>_
- 需要標注自己的 ID，可參考 Lab 19 / 作業共筆<https://embedded2013.hackpad.com/Lab19-QEMU-Modeling-cabeJyAnAFe>_ 格式
請在 Oct 5, 2013 前，將符合作業提案的程式碼，提交到自行 fork 的 repository
- https://github.com/embedded2013/gdb-automation
- https://github.com/embedded2013/qemu-semihost

參考資訊

debugger 和 software emulator
- opencsl.openfoundry.org/Lab05_debugger.rst.html
- http://www.cis.nctu.edu.tw/~is92004/article/gdb.htm
GDB 筆記
- http://loda.hala01.com/2012/04/gdb%E7%AD%86%E8%A8%98/
以 GDB 重新學習 C 語言程式設計
- http://www.slideshare.net/jserv/clang-usinggdb
GDB Manual
- http://sourceware.org/gdb/current/onlinedocs/gdb/
- Commands, Remote Debugging, Extending GDB