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title: Lab29: FreeRTOS
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預期目標
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* 配合 [Week #5](/embedded/2014-w5) 進度
* 在 QEMU 模擬的 STM32 環境中，嘗試執行 [FreeRTOS](http://www.freertos.org/) 並且學習相關的操作
  - 熟悉 FreeRTOS 的內部運作機制
  - 實地練習 Multi-tasking 程式設計

* 學習 ARM semihosting

FreeRTOS
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* [The Architecture of Open Source Applications: FreeRTOS](http://www.aosabook.org/en/freertos.html)
  - [簡體中文翻譯](http://www.ituring.com.cn/article/4063)

* 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
* 測試方式
  - ``cd ~/workspace``
  - ``git clone git@github.com/embedded2014/freertos.git``
  - # 或者: ``git clone git://github.com/embedded2014/freertos.git``
  - ``cd freertos``
  - ``make``
  - ``make qemu``
  - 按下 Ctrl-Alt-2 切到 serial
  - 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
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* 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
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* ``cd ~/workspace``
* ``git clone git://github.com/embedded2013/qemu-semihost.git``
* 或者 ``git clone git@github.com/embedded2013/qemu-semihost.git`` # 如果上一行失敗
* ``cd qemu-semihost``
* ``./test.sh``

參考執行畫面:

 ![Image](/embedded/Lab20/semihost.png)

Memory Management
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* [System-wide Memory Management for Linux Embedded Systems](http://elinux.org/images/b/b9/Elc2013-embedded-memory-management.pdf)
* [Tips of malloc & free](http://elinux.org/images/b/b5/Elc2013_Kobayashi.pdf)

FreeRTOS: Memory management
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- [Memory Management](http://www.freertos.org/a00111.html)
-  The RTOS kernel allocates RAM each time a task, queue, mutex, software timer or semaphore is created. The standard C library malloc() and free() functions can sometimes be used for this purpose, but ...
    + they are not always available on embedded systems,
    + they take up valuable code space,
    + they are not thread safe, and
    + they are not deterministic (the amount of time taken to execute the function will differ from call to call)

- 檢查 freertos 目錄的 Makefile，目前使用 ``$(FREERTOS_SRC)/portable/MemMang/heap_1.c``，可更換為 ``heap_ww.c``

hack-malloc
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* 簡易 malloc/free 測試程式，以亂數指定若干不同大小的 memory region，持續進行 malloc 和 free 操作
* ``git clone git@github.com/embedded2013/hack-malloc.git``
  - 或 ``git clone git://github.com/embedded2013/hack-malloc.git``

* ``cd hack-malloc && make``
* ``./tryit`` # Ctrl-C 停止輸出
* 參考畫面輸出：

.. code-block:: prettyprint

    tryit.c 68: try to allocate 1648 bytes
    tryit.c 70: malloc returned 0x61595c
    allocate a block, size 1648
    tryit.c 68: try to allocate 1582 bytes
    tryit.c 70: malloc returned 0x615fe8
    allocate a block, size 1582
    tryit.c 68: try to allocate 1037 bytes
    tryit.c 70: malloc returned (nil)
    free a block, size 1648
    tryit.c 68: try to allocate 1815 bytes
    tryit.c 70: malloc returned (nil)
    free a block, size 1582

參考設計要求
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* 在 FreeRTOS 中建立新的 task，定期將系統資訊 (參考 shell.c [ps_command]) 透過 ARM semihosting 存放到 host 端檔案系統的 ``sysinfo`` 檔案
* 在 shell 中建立新指令 ``dumpsys`` (後方接 task ID)，可將指定的 task control block 輸出到 host 端檔案系統的 ``sysinfo`` 檔案，並且撰寫 host 端分析工具
  - 提示: 回想之前 program loader 如何實作
  - 提示: 透過 GDB 的 [dump/restore 命令](https://sourceware.org/gdb/onlinedocs/gdb/Dump_002fRestore-Files.html) 可自動化此操作

* 學習既有的 ``mmtest``，試著作壓力測試

作業繳交方式
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* 更新作業提案到共筆網站: [Lab 29 / 作業共筆](https://embedded2014.hackpad.com/Lab29-FreeRTOS-yUCJMwo7ZNx)，需要標注自己的 ID
* 在 Mar 28 前，將符合作業提案的程式碼，提交到自行 fork 的 repository
  - https://github.com/embedded2014/freertos
  - 注意: 要記得 fork ``freertos``