Lab2: GNU Toolchain and Git

預期目標

• 學習 GNU Toolchain 的使用
• 藉由 coroutine<http://en.wikipedia.org/wiki/Coroutine>_ 的實做，作為日後 RTOS 學習的準備
• 以 Git 管理與追蹤開發過程

預先準備

• 在本 wiki 註冊帳號
• 在 GitCafe<https://gitcafe.com>_ 註冊帳號
  • 確認在 Account Settings 加入 SSH Key
  • 可參考「產生 SSH key 給 Bitbucket/Github 使用<http://nyllep.wordpress.com/2012/01/21/sshkey-for-bitbucket/>_」一文
• 注意：若使用公用電腦，可切換到 root 後，建立新的使用者帳號
  • sudo su
  • adduser 指定帳號名稱
  • sudoedit /etc/group
  • 在 /etc/group 確保該帳號已加入 admin 群組，如：
    • admin❌115:ncku,帳戶名稱
• 將註冊的帳號名稱，通知課程主持人或助教，於 Organization **embedded2012**<https://gitcafe.com/embedded2012>_ 加入用於紀錄開發動態的 Git repository

  • 範例: P-jserv<https://gitcafe.com/embedded2012/P-jserv>_，最好與 wiki 帳號名稱一致，以利於識別

  • 點選 SSH (Read+Write) 可得到 git repository 的位址，如上例為

    git@gitcafe.com:embedded2012/P-jserv.git

• 注意：到 2012 年年底前，repository 的存取權限應該設定為 private
• 參閱 Git 簡易操作</git>_

QEMU_STM32 + QEMU 操作

• 在 Lab-2 目錄下，預先 git clone 與編譯 qemu_stm32
  • 可直接建立 symbolic link，指向 Lab-1 所使用的目錄
• 開啟一個終端機，作以下輸入

.. code-block:: prettyprint

cd Lab-2/demo
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

.. code-block:: prettyprint

cd Lab-2/demo
arm-none-eabi-gdb
(gdb) file main.elf 
Reading symbols from Lab-2/demo/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
(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)

作業 (A)

• 適度修改 Lab-2/demo 目錄底下的檔案，使其僅作基本的 UART 初始化動作
• 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 (作為評分依據)，處理動作最好全權交給 GDB
• 在 Makefile 新增 ‘gdbauto’ 的 target，自動進行 QEMU + GDB + UART 輸出
  • 提示: gdb -x 後面接檔名，可自動執行指定的 GDB script，如：

.. code-block:: prettyprint

file main.elf
target remote :3333
b main
c

Coroutines

• “Coroutines are computer program components that generalize subroutines to allow multiple entry points for suspending and resuming execution at certain locations. Coroutines are well-suited for implementing more familiar program components such as cooperative tasks, iterators, infinite lists and pipes.”
  • http://en.wikipedia.org/wiki/Coroutine
• 使用 coroutine 實做 user-level thread
  • http://blog.linux.org.tw/~jserv/archives/001848.html
• Coroutine in FPPA
  • http://godspeedlee.myweb.hinet.net/coroutine.html
• 淺談coroutine與gevent
  • http://blog.ez2learn.com/2010/07/17/talk-about-coroutine-and-gevent/
• 開啟一個終端機，作以下輸入

.. code-block:: prettyprint

cd Lab-2/coroutine
make
./sample

• 用 GDB 觀察執行
  • 可用 next 與 stepi 指令
• 注意：本範例使用 setjmp/longjmp 來實做 coroutine

作業 (B)

• 移植 coroutine 到 STM32 平台 (p103)
  • 必須修改 SAVE_STACK_POINTER_ASM 與 RESTORE_STACK_ASM 這兩個 macro
• 系統最少要有兩個 routine，一者傾聽 UART 端來自使用者的輸入，另一者將輸入透過 ROT13<http://en.wikipedia.org/wiki/ROT13>_ 編碼演算法印列在 UART 上
  • 注意：ROT13<http://en.wikipedia.org/wiki/ROT13>_ 應以 inline assembly 實做
• 倘若使用者按下 button 時，系統結束運作，不再畫面作輸出，同時也該清掉任何 buffer，直到使用者再次按下 button 時，才如同之前描述般繼續運作

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

• ARM GCC Inline Assembler Cookbook

  • http://www.ethernut.de/en/documents/arm-inline-asm.html

• CS360 Lecture notes – Setjmp

  • http://web.eecs.utk.edu/~plank/plank/classes/cs360/360/notes/Setjmp/lecture.html 小提示 —–

• Ubuntu Linux 預設的文字編輯器為 nano，對許多習慣於 vi/vim 的使用者來說，較為不便，可透過以下指令選擇：

  sudo update-alternatives --config editor