版本 30c5f053983a88cf0f864792a2c75159bb139537
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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
- 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>`_
* 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/>`_
- 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！
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
.. 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，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
.. 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
* 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
* 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
- 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
* 繳交方式：
- 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 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>`_
* 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>`_
* 練習 `ARM GCC Inline Assembly<http://www.ethernut.de/en/documents/arm-inline-asm.html>`_
參考資料
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* `30 天精通 Git 版本控管<https://github.com/doggy8088/Learn-Git-in-30-days>`_ (我們成大學生不用花到 30 天，大概 3 天就可以了)
* `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
