(AVR編第３回)Arduino Duemilanove で動作した

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前回は割り込み動作を実機に合わせたが，いろいろ調べて一気にKOZOSのArduino 実機対応をしてしまった．あとGDBシミュレータもシリアル周りを実機に合わせた 動作にして，実機でもシミュレータでも動作可能にした．

Arduinoを対称にしたプリエンプティブな組込みOSというのはありそうであまり 無いようなので，実験用とかお遊び用のOSとして，いいのではなかろうか．

で，以下が修正したコード．

• ソースコードはこちら

前回からの変更点は以下．

(KOZOSの修正)

• シリアルドライバをAVRに合わせてごっそり修正．従来はGDBシミュレータでの動作 前提で，流用もとのH8に合わせたコードになっていた．割り込みベクタ位置の変更 (MCUCR)のコードも追加．内容はArduinoのブートローダーのソースコードを参考に した．
• スタートアップで.dataのコピーと.bssのゼロクリアをするコードを追加． フラッシュからのリードにlpm命令を使うのでアセンブラで書く必要有りだった． ただしシミュレータの場合は.dataのコピーは不要(ていうかシミュレータは .dataをRAMのほうにロードするらしく，コピーするとせっかくロードされたデータが ゼロクリアされてしまって正常動作しない)なので，シミュレータではコピーされない 対処を入れる．
• startup.sで #ifdef SIMULATOR を見ているので，名前を startup.S にして プリプロセッサを通すように修正．
• ld.scrでメモリマップを実機に合わせて調整．かなりきつきつ． あとブートローダー領域を破壊しないように注意して調整．
• メモリがきつきつなのでスタックをあまり消費しないようにmain.cでスタック サイズを変更．あまりスタックを消費しないアーキみたいなのでけっこう減らしても 大丈夫そうだが，割り込み入るとレジスタ退避で32バイト近くが消費されるので， そのぶんは余裕を持たせる必要あり．
• シミュレータの場合のみsleepしなくなるようにmain.cのアイドル処理を修正．
• シリアル割り込み送信完了の番号を20→19に変更(vector.sで19番の割り込みを 開ける)．これをしないと動かなかった．
• memcpy()/memset()などの逆アセンブラを見ると，R1は常にゼロの前提でgccが コード生成するようなので，割り込みの入口でR1にゼロを設定するように修正． (たぶん不要だがいちおうやっておく．スレッドは生成時にレジスタはゼロクリア されているので，そちらは問題無し．スタートアップもR1をゼロクリアしているので， そちらも問題無し)
• シミュレータ用に CFLAGS += -DSIMULATOR の定義をMakefileを修正． (デフォルトでは無効)
• make write で avrdude を起動して書き込みするようにMakefileを修正． avrdudeの使いかたは arduino-mk のソースを参考にした．あと arduino-mk 環境で make upload して実際にavrdudeで書き込みしてみて，そのときのパラメータを そのまま利用した．
• avrdudeでの書き込み用にkozos.hexを作成するようにMakefileを修正．

(GDBシミュレータの修正)

• GDBのAVRシミュレータのシリアル動作を実機に合わせる． ただし実機はUDR0の読み書きでデータ格納フラグが自動的に変化するような 動作なのだがシミュレータではこれを検知できないので，UDR0の読み書き後には データ格納フラグを手動で上げ下げさせる，という仕様にする． (つまり実機とは動作が微妙に異なる．実機側では #ifdef SIMULATOR 〜 #endif で くくることで対処) レジスタの定義は /usr/local/avr/include/avr/iom328p.h と 書籍の内容を照らし合わせて確認した．あと UDR0 はリードとライトで共通になって いるので，ぶつからないように同時に処理しないように対応した．
• シリアルのpty操作をFreeBSDとLinuxで共通化(もとよりposix_openpt()を 使ったコードならFreeBSDとLinuxで共通化できることはわかっていたのだが， H8のGDBシミュレータ対応ではFreeBSD用の古いコードが残っていて，そっちが使われて いた．なので古いコードを削除してposix_openpt()を使ったコードに共通化する)． だいぶすっきりした．
• 送信完了割り込みの番号を実機に合わせて20→19に変更

まず実機で動かす場合は，os を make ; make image してあとはArduino Duemilanove とUSBで接続して make write で書き込む．で，書き込み後は自動で起動するので cu で実機と接続するとKOZOSと接続できる．(12ステップ本の最終章のシリアル通信 と同じものが動いている)

注意として，make write はArduinoにUSB接続して１〜２秒くらいのときに行う． 早くても遅くてもダメ．早すぎるとUSBデバイスが認識されてなくてデバイスファイルを 開けなくてavrdudeがエラーになる．遅すぎるとブートローダーがアプリの起動を 開始してしまう．

あとUSBを抜き差ししたらドライバがいったんリセットされる？ようなので， cuで接続しなおす必要がある．

あと当然ながら，cuで接続したままだとavrdudeがデバイスファイルを開けなくて エラーになる．make write する際にはcuを切ること．

以下が書き込み時のログ．

letsnote# make write
/usr/local/arduino/hardware/tools/avr/bin/avrdude -q -V -p atmega328p -C /usr/local/arduino/hardware/tools/avr/etc/avrdude.conf  -c arduino -b 57600 -P /dev/cuaU0  -U flash:w:kozos.hex:i

avrdude: AVR device initialized and ready to accept instructions
avrdude: Device signature = 0x1e950f
avrdude: NOTE: FLASH memory has been specified, an erase cycle will be performed
         To disable this feature, specify the -D option.
avrdude: erasing chip
avrdude: reading input file "kozos.hex"
avrdude: writing flash (6542 bytes):
avrdude: 6542 bytes of flash written

avrdude: safemode: Fuses OK

avrdude done.  Thank you.

letsnote# 

以下が起動時のログ．

letsnote# cu -l /dev/cuaU0
Connected
kozos boot succeed!
command> echo Arduino
 Arduino
command> 

次にGDBシミュレータで動作させる場合について．

添付のパッチを当ててgdbをビルドする．KOZOS側はMakefileで以下の行を有効化して ビルドする．ビルド方法は前々回を参照．(当然ながらAVR向けにビルドする)

CFLAGS += -DSIMULATOR

% cd gdb-7.3.1
% ./gdb/gdb ../kozos/avr_03/os/kozos.elf

(gdb) target sim
(gdb) load

# cu -l /dev/pts/15

(gdb) run

以下，gdb側の実行時ログ．

hiroaki@letsnote:~/avr>% cd gdb-7.3.1/
hiroaki@letsnote:~/avr/gdb-7.3.1>% ./gdb/gdb ../kozos/avr_03/os/kozos.elf 
GNU gdb (GDB) 7.3.1
Copyright (C) 2011 Free Software Foundation, Inc.
License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later 
This is free software: you are free to change and redistribute it.
There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.  Type "show copying"
and "show warranty" for details.
This GDB was configured as "--host=i386-unknown-freebsd8.3 --target=avr-elf".
For bug reporting instructions, please see:
...
Reading symbols from /home/hiroaki/avr/kozos/avr_03/os/kozos.elf...done.
(gdb) target sim
Connected to the simulator.
(gdb) load
connect to /dev/pts/15
(gdb) run
Starting program: /home/hiroaki/avr/kozos/avr_03/os/kozos.elf 

以下，KOZOSのログ．

letsnote# cu -l /dev/pts/15
Connected
kozos boot succeed!
command> echo test
 test
command> echo test
 test
command> 

あとAVRはKOZOSを載せるにはかなりメモリがキツキツで，とくにヒープ領域が収まる ように計算するのがめんどい．しかしきちんと計算しておかないと，はみ出ると スタックにぶつかってしまって誤動作してしまう．

現状は memory.c のヒープ領域はBSSの後ろにあるが，これをBSSに移してリンカ スクリプトで調整できるようにしたい．

あとは手元に Arduino Uno もあるので，こっちでも試してみたい． 基本的には同じ ATmega328pを積んでるのでそのまま動くはず． (ただしブートローダーが異なるらしいので，ブートローダーを破壊しないように ブートローダー領域の位置とサイズは改めて確認しといたほうがいいだろう． avrdudeでの書き込みも，もしかしたら何かパラメータいじる必要があるかもしれない)

メモリ的にはまだチューニングはできそうだがやはりキツキツではあるので， 本格的にやるならば Arduino Mega をターゲットにすることを考えたほうが いいかもしれない．

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