預期目標

• 體驗一個具體而微的 MCU 程式開發過程，使用 GNU Toolchain
• 藉由 QEMU 模擬環境，嘗試控制週邊 (STM32 USART) 並觀察其行為
• 接觸 FreeRTOS</embedded/freertos>_

預先準備

• 安裝 Ubuntu Linux，建議版本為 14.10
• 安裝必要的套件，如下：

.. code-block:: prettyprint

sudo apt-get install build-essential git zlib1g-dev libsdl1.2-dev automake* autoconf* libtool libpixman-1-dev

• 若 Ubuntu 使用 64bit 版本 ，請額外安裝 lib32gcc1 之套件

.. code-block:: prettyprint

sudo apt-get install lib32gcc1 lib32ncurses5

• 取得 GNU Toolchain: GNU Tools for ARM Embedded Processors<https://launchpad.net/gcc-arm-embedded>_ ，或用 apt-get 取得，操作如下

.. code-block:: prettyprint

sudo apt-get install gcc-arm-none-eabi libnewlib-arm-none-eabi

STM32 Overview

• Powerful but Cheap
  • Wireless Connectivity
  • Computing/Prototyping
  • One for most use cases
• STM32-P103<https://www.olimex.com/Products/ARM/ST/STM32-P103/>_
  • MCU: STM32F103RBT6 ARM Cortex-M3, up to 72MHz operation
  • 128K Bytes Program Flash, 20K Bytes RAM
  • USB, CAN, x2 I2C, x2 ADC 12 bit, x3 UART, x2 SPI, x3 TIMERS

.. image:: /STM32-P103-01.jpg

STM32 on QEMU 環境建立與測試

.. code-block:: prettyprint

mkdir -p workspace
cd workspace
git clone git://github.com/beckus/stm32_p103_demos.git || git clone https://github.com/beckus/stm32_p103_demos.git 
git clone git://github.com/beckus/qemu_stm32.git || git clone https://github.com/beckus/qemu_stm32.git

cd qemu_stm32
git submodule update --init dtc || sudo apt-get install libfdt-dev
./configure --disable-werror --enable-debug \
    --target-list="arm-softmmu" \
    --extra-cflags=-DSTM32_UART_NO_BAUD_DELAY \
    --extra-cflags=-DSTM32_UART_ENABLE_OVERRUN \
    --disable-gtk
make
cd ../stm32_p103_demos
make all
make blink_flash_QEMURUN
make button_QEMURUN
make uart_echo_QEMURUN

小提醒

• QEMU monitor 中按下 Ctrl-Alt-2 可切換到 serial0，即可作 UART 輸出/輸入測試，而按下 Ctrl-Alt-1 可切回 QEMU monitor
• 詳情可參閱 stm32_p103_demos<http://github.com/beckus/stm32_p103_demos>_ 目錄的 README 檔案
• Ubuntu Linux 的「下載」目錄名稱就叫做「下載」，建議可建立 symbolic link 到 “Downloads” 目錄，如下：
  • ln -s ~/下載 ~/Downloads

FreeRTOS

• 已整合檔案系統到 FreeRTOS 中，並可在 UART 顯示檔案系統 (romfs) 中的內容 (但是目前版本不能正確運作)
• 測試方式
  • cd ~/workspace
  • git clone git@github.com:embedded2015/freertos-basic.git

  • 或者: git clone https://github.com/embedded2015/freertos-basic.git

  • cd freertos-basic
  • make
  • make qemu
  • 輸入 “help” 可見已實作的 shell command
    • ps
    • mmtest
    • host
      • 輸入 host ls 並觀察 host 端終端機的畫面

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/

參考執行畫面:

.. image:: /embedded/Lab32/freertos.png

參考作業要求

• 修正和擴充 test，試著追加有用的功能，如計算質數或 Fibonacci 數，並且適度回報
• 建立新的 shell 指令，如 new，讓系統建立新的 FreeRTOS task，並確保 ps 可正確顯示新建立的 task
  • 思考：系統可允許多少個這樣的 task 呢？
• 在 FreeRTOS 中建立新的 task，定期將系統資訊 (參考 shell.c 的 ps_command 函示) 透過 ARM semihosting 存放到 host 端檔案系統的 sysinfo 檔案

挑戰題

• 修正原本檔案系統無法運作的狀況，使 ls 和 cat 一類的指令得以使用
• 撰寫 romfs 的 test suite，可參考 zeke<https://github.com/OlliV/zeke>_ 的 kern/test/fs<https://github.com/OlliV/zeke/tree/master/kern/test/fs>_
• 模仿 mmtest 指令，開發可以驗證 FreeRTOS task 建立和摧毀的指令，並且指出無止盡建立新的 task，究竟有什麼限制

繳交作業

• 截止日期：
  • Mar 21, 2015 (含) 之前
• 更新開發過程到共筆網站: Lab 39 / 作業共筆<https://embedded2015.hackpad.com/2015q3-Week-3-Lab39-zsLdd12X18w>_，需要標注自己的 ID
  • 將符合作業提案的程式碼，提交到自行 fork 的 repository: https://github.com/embedded2015/freertos-basic
  • 注意: 要記得 fork freertos-bsaic<https://github.com/embedded2015/freertos-basic>_

參考資訊

• Lab21: RTOS - Hackpad<https://embedded2013.hackpad.com/Lab21-RTOS-shzzlckJ50f>_ (檔案系統原理)
• Lab29: FreeRTOS - Hackpad<https://embedded2014.hackpad.com/Lab29-FreeRTOS-yUCJMwo7ZNx>_
• Lab 32: FreeRTOS<https://embedded2014.hackpad.com/2014q3-Week-2-efkTFt0x7Ag>_