Lab40: Scheduling (2015q1 Week #4)

預期目標

• 分析 FreeRTOS</embedded/freertos>_ 排程行為
• 學習 ARM Cortex-M3 架構並且理解 SysTick<http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.dai0179b/ar01s02s08.html>_
• 設計出一個具體而微的 FreeRTOS 視覺化機制

Grasp

.. image:: /embedded/Lab40/grasp-n-os.png

• Grasp<http://www.win.tue.nl/san/grasp/>_ 是個能夠追蹤、視覺化，以及測量即時系統中執行時期行為的工具，很容易擴充。
  • 使用案例: mutex 視覺化輸出

.. image:: /embedded/Lab12/mutex.png

• 使用案例: RTOS scheduling 視覺化輸出

.. image:: /embedded/Lab12/hsf.png

Grasp 安裝

• 抓取預先編譯的程式碼 (x86/linux): 假設和 Lab-39</embedded/Lab39>_ 的工作目錄一樣是 workspace

.. code-block:: prettyprint

sudo apt-get install zip
wget http://www.win.tue.nl/san/grasp/grasp_linux.zip
unzip grasp_linux.zip

• 如果你的系統是 x86_64，需要額外安裝以下套件才能執行 Grasp

.. code-block:: prettyprint

sudo apt-get install libxft2:i386 libxss1:i386

• 執行 Grasp、點選 examples 目錄並且挑選副檔名為 .grasp 的檔案，之後觀察視覺化輸出

.. image:: /embedded/Lab40/grasp.png

取得 Visualizer 並測試

• Visualizer 需要 GDB，所以需要事先準備好

.. code-block:: prettyprint

sudo apt-get install gdb-arm-none-eabi

• 假設 Lab-39</embedded/Lab39>_ 的 freertos-basic 和 qemu_stm32 都放在 workspace 目錄
  • cd worksapce
• 取得原始程式碼並且執行

.. code-block:: prettyprint

git clone git://github.com:embedded2015/visualizer.git || git clone https://github.com/embedded2015/visualizer.git
cd visualizer
make qemuauto

• 可以見到 idle task 和相關圖例
• 運作原理
  • 讀取 SysTick<http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.dai0179b/ar01s02s08.html>_ 中 current & reload 的數值，用來計算更精確的時間單位
  • 增加追蹤執行狀態的 break point，藉以了解程式目前運作的位置
    • 增加程式 context switch 的 Hook
    • 將程式在 idle 時的 function 也列入追蹤

檢查清單

• 是否理解 ARM Cortex-M 的 interrupt 處理機制？
  • 檔案 main.c<https://github.com/embedded2015/visualizer/blob/master/main.c>_ 的 USART2_IRQHandler
  • 檔案 startup_stm32f10x_md.s<https://github.com/embedded2015/freertos-basic/blob/master/freertos/libraries/CMSIS/CM3/DeviceSupport/ST/STM32F10x/startup/gcc_ride7/startup_stm32f10x_md.s>_ 的 g_pfnVectors
• 是否清楚 system register 的作用？
  • 檔案 main.c<https://github.com/embedded2015/visualizer/blob/master/main.c>_ 中，位址開頭為 0xe0 的常數或巨集: NVIC_INTERRUPTx_PRIORITY, get_reload() / get_current() / get_time() (與 SysTick 相關)

參考作業要求

• 改寫 main.c 並且引入兩個週期性 Task，使其得以使用 CPU 資源，並且讓 grasp 予以視覺化
• 試著用程式碼自動計算出 context switch 的時間成本

挑戰題

• 說明為何視覺化系統得以運作，以及目前實做的限制與改進方案
• 自動測試 USART</embedded/USART>_ 的中斷處理 (對應於 USART2_IRQHandler)，並且透過 grasp 視覺化

繳交作業

• 截止日期：
  • Mar 28, 2015 (含) 之前
• 更新開發過程到共筆網站: Lab 40 / 作業共筆<https://embedded2015.hackpad.com/2015q3-Week-4-Lab40>_，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/visualizer
  • 注意: 要記得 fork visualizer<https://github.com/embedded2015/visualizer>_

參考資料

• Grasp: Tracing, Visualizing and Measuring the Behavior of Real-Time Systems<http://www.win.tue.nl/~mholende/publications/Holenderski2010.pdf>_
• RTOS Visualization</embedded/Sol12>_
• RTOS context switch</embedded/Sol8>_
• Context switching time<https://www.segger.com/embos-context-switching-time.html>_