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title: Lab3: GNU Toolchain and RTOS
toc: no
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預期目標
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- 更進一步學習 GNU Toolchain 的使用，特別用在自動化分析環境
- 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
- 對 RTOS 內部運作進行視覺化，以銜接未來的硬體操作
- 實地練習 Multi-tasking 程式設計


GTKWave
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- `GTKWave<http://gtkwave.sourceforge.net/>`_: 強大的 wave viewer
- 在 Ubuntu Linux 的安裝與操作

.. code-block:: prettyprint

    sudo apt-get install gtkwave
    cp -af /usr/share/doc/gtkwave/examples/ && cd examples
    vzt2vcd des.vzt > des.vcd
    gtkwave des.vcd

- 參考輸出畫面。記得要先選取左下方 Type / SIgnals 並以 Append 加入到分析的清單中

.. image:: http://www.gentoo.org/proj/en/science/electronics/tests/gtkwave.png

- 建立 sample.vcd 檔案，觀察 GTKWave 輸出。內容如下：

.. code-block:: prettyprint

    $version
    $end
    $timescale 1
    $end
    $var wire 8 0x01 0x01 $end
    $var wire 8 0x02 0x02 $end
    $var wire 8 0x03 0x03 $end
    $var wire 8 0x04 0x04 $end
    $var wire 8 0x05 0x05 $end
    $var wire 8 0x06 0x06 $end
    $dumpvars
    #0
    b00000110 0x01
    #174542
    b00000101 0x01
    #174548
    b00000110 0x01
    #3512733
    b00000000 0x01
    $end


FreeRTOS for STM32
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- 仿造 `Lab-2</embedded/Lab2>`_ 操作，取得最新的 Lab3 程式碼
- 狀況一：只是在課堂練習

.. code-block:: prettyprint

    git clone git://gitcafe.com/embedded2012/Labs.git
    cd Labs/Lab-3

- 狀況二：整合到 P-<username>，準備可提交作業的環境。以 `jserv</User/jserv>`_ 為例：

.. code-block:: prettyprint

    cd P-jserv
    git fetch labs
    git rebase labs/master
    cd Lab-3

- 取得最新的 QEMU-STM32，注意：與 `Lab-1</embedded/Lab1>`_ 的 QEMU 是不同版本
    ``git clone git://gitcafe.com/embedded2012/qemu_stm32.git``

- 配置 QEMU-STM32 組態並編譯

.. code-block:: prettyprint

    cd qemu_stm32
    ./configure --disable-werror --enable-debug --target-list="arm-softmmu" \
        --extra-cflags=-DDEBUG_CLKTREE \
        --extra-cflags=-DDEBUG_STM32_RCC \
        --extra-cflags=-DDEBUG_STM32_UART \
        --extra-cflags=-DSTM32_UART_NO_BAUD_DELAY \
        --extra-cflags=-DSTM32_UART_ENABLE_OVERRUN
    make && cd ..

- 仿造 `Lab-2</embedded/Lab2>`_ 的操作，編譯並執行 FreeRTOS 程式

.. code-block:: prettyprint

    cd freertos
    make
    make qemu

- 按下 Ctrl-Alt-2 切換到 serial0 畫面時，可發現 FreeRTOS 示範程式中的 thread 已主動作了輸出，並且可在該畫面中，進行輸入操作。請觀察其行為並比對程式碼

作業 (A)
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- 研讀 FreeRTOS 程式碼關於 scheduling 的實做
- 在這過程，可進一步學習 GDB 工具的使用。有很多視覺化工具可輔助，如：

.. image:: /embedded/Lab3/ddd.png

- 適度修改 FreeRTOS 程式碼，引入 mini tracer 的機制，並準備特製的 GDB script，使其得以紀錄 task switch 的狀況 (需要包含 timing 資訊)，最終可輸出 VCD  檔案，透過 GTKWave 視覺化
  * 提示：可準備 gdb2vcd.py 一類的工具程式，協助將 GDB 操作過程作分析與轉換

- 最終預期在 ``make qemuauto`` 執行後，會自動啟動 QEMU + GDB + FreeRTOS，並在 5 秒後 kill 必要的 process 且能夠輸出 VCD 檔案，檔名為 ``sched.vcd``。以下是參考的 GTKWave 瀏覽畫面：

.. image:: /embedded/Lab3/gtkwave.png


作業 (B)
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- 以 FreeRTOS 的 multi-tasking 重寫 `Lab2</embedded/Lab2>`_ 的作業 (B)，基本條件照舊，只是改為兩個以上的 Task

.. code-block:: prettyprint

    cd Lab3/mtask
    make

- 不得在 C 程式引入 <string.h> 檔頭，而是用 ``mtask`` 目錄下的 string-util.c 與 string-util.h
- 其中負責接收 UART 輸入的 Task 必須呼叫 ``my_strtok`` 來進行輸入字串的分析，而負責進行 ROT13 編碼與在 UART 輸出的 Task 也應該呼叫 ``my_strtok`` 來作字串統計
- 當輸入字串為 "<END>" (不包含括號) 時，系統應該停止運作，並輸出統計結果，如下：(範例)

.. code-block:: prettyprint
    Host frequent input: the
    Length of the longest word: 9

- 提示：
  * 呼叫  ``my_strtok`` 的過程，會遇到 Reentrancy 的問題，請作必要的修改

參考資訊
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- Efficient Debugging and Tracing of System Level Designs
  * http://www.cecs.uci.edu/technical_report/TR06-08.pdf

- Reentrancy
  * http://en.wikipedia.org/wiki/Reentrancy_%28computing%29

- RTOS Design Tutorial
  * http://www.freertos.org/tutorial/