版本 6ae0ede0ed312329a54138237acb1978d309a043

Lab20: GNU Toolchain

預期目標

搭配第二周課程進度
學習 Linux 工具和 GNU Toolchain 的使用
學期 Automation 技巧
學習 ARM semihosting 的使用

QEMU + GDB操作

假設 Lab-19 所使用 QEMU 的目錄已放在 workspace 目錄

.. code-block:: prettyprint

cd workspace file qemu_stm32

取得 GDB Automation

.. code-block:: prettyprint

git clone git://github.com/embedded2013/gdb-automation.git git clone git@github.com:embedded2013/gdb-automation.git # 如果上一行失敗 cd gdb-automation

開啟一個終端機，作以下輸入

.. code-block:: prettyprint

make qemudbg

開啟另一個終端機，準備透過 gdb 來追蹤程式。下列 (gdb) 開頭的指令表示在 GDB 內部操作
使用 Ubuntu 64-bit 版本時，需要另外安裝 lib32ncurses5
- sudo apt-get install lib32ncurses5

.. code-block:: prettyprint

cd gdb-automation
arm-none-eabi-gdb
(gdb) file main.elf 
Reading symbols from gdb-automation/main.elf...done.
(gdb) b main
Breakpoint 1 at 0x2206: file main.c, line 8.
(gdb) target remote :3333
Remote debugging using :3333
Reset_Handler ()
    at libraries/CMSIS/CM3/DeviceSupport/ST/STM32F10x/startup/gcc_ride7/startup_stm32f10x_md.s:67
67	  movs	r1, #0
(gdb) c
Continuing.

Breakpoint 1, main () at main.c:8
8		RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
(gdb) list
3	
4	int main(void)
5	{
6		int last_button_state, new_button_state;
7	
8		RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
9		RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
10						
11		/* Configure PC.12 as output push-pull (LED) */
12		GPIO_WriteBit(GPIOC,GPIO_Pin_12,Bit_SET);
(gdb) b 23
Breakpoint 2 at 0x2264: file main.c, line 23.
(gdb) c
Continuing.

Breakpoint 2, main () at main.c:23
23			new_button_state = GPIOA->IDR & 0x00000001;
(gdb) n
24			if(new_button_state ^ last_button_state) {
(gdb) p new_button_state
$1 = 0
(gdb) info breakpoints 
Num     Type           Disp Enb Address    What
1       breakpoint     keep y   0x00002206 in main at main.c:8
breakpoint already hit 1 time
2       breakpoint     keep y   0x00002264 in main at main.c:23
breakpoint already hit 1 time
(gdb) del 2
(gdb) watch GPIOC->ODR
Hardware watchpoint 3: GPIOC->ODR
(gdb) c
Continuing.

在 QEMU monitor 內作以下輸入，試圖模擬按鈕的動作

.. code-block:: prettyprint

sendkey b

隨後可發現 GDB 畫面出現變化：

.. code-block:: prettyprint

Hardware watchpoint 3: GPIOC->ODR

Old value = 4096
New value = 0
main () at main.c:29
29			last_button_state = new_button_state;

事實上 GPIOC 是個 macro，可透過 GDB 驗證

.. code-block:: prettyprint

(gdb) info macro GPIOC
Defined at libraries/CMSIS/CM3/DeviceSupport/ST/STM32F10x/stm32f10x.h:1410
  included at Lab-2/demo/main.c:2
#define GPIOC ((GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE)

GDB Automation

撰寫特別的 GDB script，使得 QEMU 能自動在 UART 畫面印出 “Hello!” 字樣。main.c 檔案的行數應該越少越好，處理動作最好全權交給 GDB
執行 make gdbauto 之後，能自動呼叫 QEMU 並藉由 UART 顯示 ‘Hello!’ 字串

參考作業 (A) 要求

原本的 GDB Automation 程式僅能將 “Hello!” 字樣輸出到 UART 裝置，是否能夠在 GDB session 中取得輸出的文字並比對？(自動測試需求)
- 提示：可在 GDB 使用 set logging on
- 提示：可修改 QEMU 執行參數
進一步縮短 gdb.in 的檔案長度

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/

qemu-semihost 操作

cd ~/workspace
git clone git://github.com/embedded2013/qemu-semihost.git
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:

參考作業 (B) 要求

從 rtenv 移植或參考其 pathserver, read, write 實作，使得 qemu-semihost 的 hello.c 得以從 Linux host 端讀取和寫入檔案
至少得讀取 host 端檔案，加入特定字串後，再寫回到 host 端

作業繳交方式

請更新作業提案到共筆網站: Lab 20 / 作業共筆
- 需要標注自己的 ID，可參考 Lab 19 / 作業共筆格式
請在 Oct 5, 2013 前，將符合作業提案的程式碼，提交到自行 fork 的 repository
- https://github.com/embedded2013/gdb-automation
- https://github.com/embedded2013/qemu-semihost

參考資訊

debugger 和 software emulator
- opencsl.openfoundry.org/Lab05_debugger.rst.html
- http://www.cis.nctu.edu.tw/~is92004/article/gdb.htm
GDB 筆記
- http://loda.hala01.com/2012/04/gdb%E7%AD%86%E8%A8%98/
以 GDB 重新學習 C 語言程式設計
- http://www.slideshare.net/jserv/clang-usinggdb
GDB Manual
- http://sourceware.org/gdb/current/onlinedocs/gdb/
- Commands, Remote Debugging, Extending GDB