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えのつつの
4 years ago
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1 ARM Tech Symposia 2017 京都マイクロコンピュータ株式会社 LLVM を用いた統合開発プラットホームと Armv8 アーキテクチャのシステム性能の解析

2 ITRON 以上 Linux 未満を実現する開発環境ベアメタル RTOS 用のソフトウェア開発プラットフォーム

3 バグの自動検出も可能な新開発環境組込みアプリケーションソフトウエア開発の普遍的な課題納期どおりに開発する品質を確保する快適な操作性出来るだけ安価にこれらを実現するための開発環境として生まれたのが SOLID 開発プラットフォームです 2017/11/16 京都マイクロコンピュータ株式会社

4 バグの自動検出も可能な新開発環境開発ツールベンダーである京都マイクロコンピュータの着目点 ITRON開発環境への新提案という切り口で ITRON含むランタイムと開発環境を専用設計構成要素はコンパイラ ITRON+ランタイム IDE デバッガいわゆる RTOSベースの統合環境が誕生しましたこれを一つ用意するだけで開発がスタートできる 2017/11/16 京都マイクロコンピュータ株式会社

5 バグの自動検出も可能な新開発環境 SOLIDの構成ターゲットシステム側で動作するランタイムソフトウエアホストPC側で動作するツール群 SOLIDソフトウェア開発プラットフォーム SOLID-IDE IDE(Visual Studioベース LLVM/Clangコンパイラデバッガ OSモニタ Windows PC 2017/11/16 京都マイクロコンピュータ株式会社 SOLID-OS 連携 RTOS TOPPERS/ASP3) ミドルウェア TCP/IP他開発支援機構ローダー等 ARM Cortex-A プロセッサ

6 バグの自動検出も可能な新開発環境同じようなものは今までもあったのではないか? 何が新しく何が違うのか? 2017/11/16 京都マイクロコンピュータ株式会社

7 バグの自動検出も可能な新開発環境ここが新しい SOLIDの構成ホストPCとターゲット双方のソフトウエアの専用設計が特徴ですターゲットシステム側で動作するランタイムソフトウエアホストPC側で動作するツール群 SOLIDソフトウェア開発プラットフォーム SOLID-IDE IDE(Visual Studioベース LLVM/Clangコンパイラデバッガ OSモニタ Windows PC 2017/11/16 京都マイクロコンピュータ株式会社 SOLID-OS 連携 RTOS TOPPERS/ASP3) ミドルウェア TCP/IP他開発支援機構ローダー等 ARM Cortex-A プロセッサ

8 バグの自動検出も可能な新開発環境連携というよりむしろ各々のツールが専用設計されている RTOS実装とコンパイラの専用化 RTOS実装とデバッガの専用化コンパイラとデバッガの専用化 IDEを RTOS,コンパイラ,デバッガに合わせて専用化とても排他的だがその分使う時には一体化によるメリットが大きく享受される 2017/11/16 京都マイクロコンピュータ株式会社

9 バグの自動検出も可能な新開発環境 MMUの役割アドレス変換メモリ保護キャッシュの設定を簡単に!! ARM Cortex-A9などV7A/V8A CPUには高機能なメモリ管理機構(MMU)が搭載されています MMUの主な機能は次のとおりです仮想アドレスと物理アドレスのアドレス変換機能プロセスのための仮想空間を実現するための機能実行モードに応じたメモリ保護 Linux/Androidなどはこの高機能なメモリ管理機能を使って多重仮想空間のオーバーラップしたプロセスを物理メモリ空間に割り付けて実行する事が特徴のオペレーティングシステムです ARM V7A/V8Aプロセッサではデータキャッシュを有効にするためにはメモリ管理機構を設定 MMU有効化する必要があります SHマイコンのように番地によるキャッシュアクセス非キャッシュアクセスを区別する方式ではありませんまた MMU有効下では CPU命令からのアクセスは常に仮想アドレスになる点にも注意が必要です 2017/11/16 京都マイクロコンピュータ株式会社

10 バグの自動検出も可能な新開発環境 OS側ランタイムとツールの専用設計で MMUを簡単に活用 Cortex-AプロセッサのMMUを設定だけで簡単に活用できます CP15レジスタの設定を行うプログラムやページテーブルの作成は不要専用設計による次の仕組みで MMUを簡単に活用できます 1. IDE上のGUIで物理アドレスと仮想アドレスのメモリマップを設定アドレスやサイズまた属性を設定ビルド時にIDEが設定内容に基づくMMU設定テーブルを作成 ARM側には上記MMU設定テーブルを元に MMUを有効化するライブラリが動作仮想アドレスやキャッシュプロテクションが動作 MMUが簡単に使えるため SOLIDはMMUを積極的に活用 SOLIDではリンカスクリプトと連動するプロテクションやスタックフェンス ELF ローダーなど各種機能がMMUを積極的に利用しています 2017/11/16 京都マイクロコンピュータ株式会社

11 バグの自動検出も可能な新開発環境 IDEから出来るMMUの設定表形式で入力物理アドレスマップ IDE上で設定すればその通りに配置 2017/11/16 京都マイクロコンピュータ株式会社仮想アドレスマップ

12 バグの自動検出も可能な新開発環境 SOLIDを使うと立ち上げ簡単で開発の開始コストを低減自動バグ検出でデバッグテストコストを低減チーム開発の悩みを解決できる!! 2017/11/16 京都マイクロコンピュータ株式会社

13 立ち上げ簡単で開発開始コストを低減!! ツールと RTOS がセットで検証確認不要 RTOS も数個の API 実装で動作可能専用の ARM Cortex 用ライブラリと連携出来る GUI 設定京都マイクロコンピュータ株式会社 13

14 バグの自動検出も可能な新開発環境使いやすくて簡単なVisualStudio RTOSの立ち上げがきわめて簡単 ITRONカーネル TOPPERS/ASP3 をデバイスやボード依存を排除した状態で供給数個タイマと割り込み関係の専用APIを実装するだけで簡単にRTOSが動作京都マイクロコンピュータ株式会社 14

15 バグの自動検出も可能な新開発環境 Visual Studio によるIDE 京都マイクロコンピュータ株式会社 15

16 バグの自動検出も可能な新開発環境確実なコーディングで build editの手戻りを少なくします入力時にリアルタイムにコンパイルエラー警告を指摘バックグラウンドでコンパイラが動作インテリセンス機能京都マイクロコンピュータ株式会社 16

17 バグの自動検出も可能な新開発環境ツールチェインを使いこなす設定や実装もあらかじめ準備済みリンカスクリプトと実行ライブラリが連携するので何もしなくても実行命令領域を書き換え不可などに設定 Arm Cortex-AのMMUを GUIで設定するだけで高機能に利用これもツールの設定処理と実行ライブラリの連携京都マイクロコンピュータ株式会社 17

18 バグの自動検出も可能な新開発環境 IDEから出来るMMUの設定表形式で入力物理アドレスマップ仮想アドレスマップ IDE上で設定すればその通りに配置京都マイクロコンピュータ株式会社 18

19 自動バグ検出でデバッグテストコストを低減!! ソースコード解析が標準付属先進的な実行時メモリバグ検出機能やメモリプロテクションで隠れたバグを簡単にあぶり出し京都マイクロコンピュータ株式会社 19

20 バグの自動検出も可能な新開発環境ソースコード静的解析機能を標準搭載追加設定なくビルドの設定さえあれば解析可能 0除算や不正ポインタアクセスの可能性などを検出京都マイクロコンピュータ株式会社 20

21 バグの自動検出も可能な新開発環境ソース静的解析もメニューからワンクリックで実施京都マイクロコンピュータ株式会社 21

22 バグの自動検出も可能な新開発環境実行前のバグ検出が可能デバッグを効率良くします京都マイクロコンピュータ株式会社 22

23 バグの自動検出も可能な新開発環境 MMUとリンカスクリプトが連携するメモリプロテクションスタックの突き抜けもプロテクションプログラム的に存在しない領域やデータ領域の実行など不正アクセスを即時に検出単一アドレス空間によるプロテクション機構既存のRTOS開発モデルと同じアドレスサニタイザによる実行時メモリバグ検出機能 iosアプリ開発環境などで定評のアドレスサニタイザを組み込みで初めて実現バッファオーバーランや解放後のメモリアクセスなど不正アクセスを自動検出京都マイクロコンピュータ株式会社 23

24 バグの自動検出も可能な新開発環境メモリアクセスバグの自動検出バッファオーバーラン不正ポインタ二重解放など間違ったメモリアクセスされた箇所をハイライト手順はとてもシンプルサニタイザモードでビルド実行するだけです間違ったメモリアクセスを行ったプログラム行をハイライト京都マイクロコンピュータ株式会社メモリアクセス違反について詳細情報を表示 24

25 チーム開発の悩みを解決!! 分散開発に適したアドレス解決可能なローダーを標準搭載京都マイクロコンピュータ株式会社 25

26 バグの自動検出も可能な新開発環境アドレス解決可能なELFローダーを標準搭載モジュール間で外部シンボルを実行時に解決リンカに機能追加と専用ローダーを用意ロードした追加ELFモジュールをアンロードする事も可能 MMUと連携して効率良くメモリを利用 IDEとの連携メモリマップエディタとの連携分散開発に便利デバッガとの連携メインモジュールはROMのまま追加ELFのみを改変してソースデバッグが可能京都マイクロコンピュータ株式会社 26

27 バグの自動検出も可能な新開発環境組込み向き!! 単一アドレス空間で静的リンクと同じような結果を実現するローダー起動直後 SOLID OS コアサービスアドレス解決アプリ１ロード相互呼出参照可能 SOLID OS コアサービスアプリ１アドレス解決アプリ２ロードロード時に解決することでメモリ空間実行時の遅延はなし相互呼出参照可能 SOLID OS コアサービス京都マイクロコンピュータ株式会社アプリ１メモリ空間アプリ１のロード時に未解決なシンボルもアプリ２ロード時に解決アドレス解決相互呼出参照可能メモリ空間アプリ２ 27

28 まとめると 2017/11/16 京都マイクロコンピュータ株式会社

29 バグの自動検出も可能な新開発環境 SOLIDは ITRON以上Linux未満を実現する開発環境従来のプログラムモデルのまま Linuxライクな効率良い開発が可能 2017/11/16 京都マイクロコンピュータ株式会社

30 50,000-で SOLIDを体験してみようスターターキット IDE,コンパイラ,JTAG,ボードと PC以外の必要な物全てが含まれますイーサネットドライバなどのBSPも付属して購入してスグにSOLIDの開発環境を体験できます!! スターターキットWEB 2017/11/16 京都マイクロコンピュータ株式会社

31 SOLID の進化京都マイクロコンピュータ株式会社 31

32 バグの自動検出も可能な新開発環境皆様のご要望を受けてSOLIDは TOPPERS/FMPベースのマルチコアシステムに対応し大規模なソフトウェア開発をさらに強力に支援タスク優先度を最大256まで拡張タスクなどOS資源の動的生成にも対応そして特徴的な機能として京都マイクロコンピュータ株式会社展示コーナーで動作デモ実施中 32

33 バグの自動検出も可能な新開発環境新機能プロセッサが各々固有の値を保持する Processor Local Storage NEW! C 言語では同じ変数でありながらプロセッサごとに固有の値を持つことが可能になるためマルチコアによる並列動作を効率良く実行できる京都マイクロコンピュータ株式会社 33

34 バグの自動検出も可能な新開発環境 SOLID がMMU の設定を行うランタイムを生成し自動的にメモリを割り付けます物理メモリ空間論理メモリ空間論理メモリ空間同一アドレスプロセッサ０京都マイクロコンピュータ株式会社プロセッサ１ Processor Local Storage 機構により同一の論理メモリアドレスに固有の物理メモリデータを割り付ける 34

35 バグの自動検出も可能な新開発環境 TOPPERS/FMPベースのマルチコアシステム向けのSOLID開発プラットフォームは 2018年度リリース予定展示コーナーで動作デモ実施中 2018年1月には Armv8-A(AArch32)用SOLID のリリースも予定しています京都マイクロコンピュータ株式会社 35

36 Linuxアプリ専用開発環境 LIQUID Linuxアプリケーション開発の専用環境 SOLIDのコンセンプトを引き継ぐ VisualStudio IDEの採用 Clangコンパイラによる静的解析やメモリバグ自動検出 IDEからアプリケーションだけを簡単に開発デバッグできる perfや straceなどとの統合 2018年度提供予定デモンストレーションセットがあるのでご興味のある方はご連絡ください

37 37 PARTNER-Jet2 ARM V8 プロセッサ 64bit 対応デバッグについて

38 38 4Gバイト /8Gバイトトレースメモリ搭載の高機能モデル PARTNER-Jet2 Model 20/30 PARTNER-Jet2 Model 10 USB バスパワー対応で低価格で導入しやすい普及モデル

0 でも動作可能電圧低下時は LED でそれを表示その場合は AC アダプタをご利用下さいプローブホットプラグ対応

39 39 PARTNER-Jet2 の利便性 USB バスパワー対応 PARTNER-Jet2 Model10 は USB バスパワーで動作 USB3.0 のみならず多くの PC では USB2.0 でも動作可能電圧低下時は LED でそれを表示その場合は AC アダプタをご利用下さいプローブホットプラグ対応ターゲット動作中に後からプローブを接続してデバッグを開始したり取り外したりする事が可能障害が発生してから JTAG で状態確認が可能 ARM プロセッサーと Intel プロセッサーで対応

40 ITRON と SMP Linux を同時にデバッグ ITRON のデバッグ Linux のデバッグ ITRON アプリケーション Linux Linux Linux アプリケーショアプリケーションン ITRON SMP Linux CORE 0 CORE 1 CORE 2 Multi CoreCPU 一台のPARTNER-Jetで二つのOSを同時にデバッグ

41 41 PARTNER-Jet2 ARMv8 64bit 対応 ( デバッガ機能 ) 対応済み 64bit プロセッサ Cortex-A53, Cortex-A57, Cortex-A72, A73, A35 新しい ETM トレース (ETM v4) 対応従来の ETMv3.5 よりもパケット効率がよくなったトレースバッファ (ETB) では対応動作確認済み LVDS 化された ETM HSSTP への対応 R-Car H3(Cortex-A57/A53) で対応動作確認済み PARTNER-Jet/Jet2 で提供してきた各種機能への対応スナップショットデバッグホットプラグ接続プロファイル機能その他

42 42 HSSTP プローブ ARM High Speed Serial Trace Port 仕様対応のプローブ 4 Lane HSSTP サポート 2.5Gbps/5.0Gbps 対応 ARM ETMv4.0 対応 ARM STM 対応 400MByte/sec PARTNER-Jet2/Model30との組み合わせで使用

43 43 R-Car H3 Salvator HSSTP 接続 HSSTP フローフ CN6 HSSTP (5Giga bps Trace) PARTNER-Jet2 Model30 STM 転送実績 H3 Jet2 440Mbyte/s HSSTP 変換ホート ( ルネサス製 ) H3 Jet2 PC 150Mbyte/s

44 44 HSSTP で何を出すか? HSSTP はトレースデータ出力の転送フォーマット ETMやSTMのトレースを出力するのが主か? ETM/PTM CPUの実行状況のトレース ( 分岐トレース ) 命令実行の履歴などを再現できるトレースデータの中身は決まっているので仕様に従い解析表示機能を作成できる STM 色々あるが簡単なのは任意のメモリデータを出力することができるどういうデータを出力するのかにより解析表示は異なる

45 QProbe 動的性能解析ソフトウェア

46 46 解析ソフトウェア QProbe プロファイルや実行履歴実行偏差などは QProbe を利用して解析トレースログのタイミング表示関数プロファイルスレッドプロセスプロファイル関数実行順序プロセス実行順序関数実行偏差統計解析コンテクストのプロファイル

47 QProbe 呼び出し参照表示

48 48 QProbe コンテキストプロファイル

49 49 QProbe CPU コア毎の負荷

50 50 QProbe CPU 負荷とキャシュヒット率

51 51 SoC 内部バストラフィック負荷計測ツール

52 52 概要 ARM Cortex 世代を搭載した JTAG による SoC 内部情報取得ツール測定について CoreSight デバッグ専用ポートからバス負荷測定レジスタを直接に制御デバッグ専用ポートを利用しますが測定時に CPU をブレークさせません (CPU は止まらない ) CPU を介さない AXI-AP という仕組みを使って測定レジスタを JTAG から直接に操作専用ハードウェアが周期的に SoC 内のレジスタなどの情報を収集し記録ミリ秒オーダーの周期 ( 周期設定可変可能 ) で JTAG から AXI-AP 介して読みとった測定結果を記録 PC に USB 介してリアルタイム表示測定結果を GUI 表示設定した閾値を超えた時に判別しやすい表示記録したデータをファイル保存 (CSV 形式 ) 保存したデータを再生表示

53 53 二つの実装方法 JTAGから制御レジスタを直接読み出し JTAGから測定 IPの制御レジスタを直接にリードライト測定対象のSoCで動作するファームウェアの改造不要ツールの実装コストが大きい測定 IPの仕様によってはデータ読み出しのロストの可能性があるターゲット内に読み出しモニタを実装計測対象 SoCのファームウェアに測定 IPを設定読みとりする簡単なモニタを実装ツールはJTAGとAXI-APを介してモニタとの情報共有領域を読み出し計測タイミングとファームウェアのソフトの同期が可能 (V-Sync 単位など ) ツールの実装コストが小さい

54 54 JTAG から制御レジスタを直接読み出し AXI Bus DA P バス計測 IP AXI-AP JTAG APB- AP Corte x A15-1 PMU- 1 AXI Bus Debug APB Bus

55 55 JTAG から制御レジスタを直接読み出しバス計測 IP のカウンタレジスタの要求仕様計測周期を設定出来る計測した周期単位でカウンタレジスタのレジスタバンクが切り替わる JTAG からの読み取りはポーリングになるので短い時間で正確に計測しようと思うと上記が必要

56 56 ターゲット内に読み出しモニタを実装モニタが IP のレジスタを読み出し SRAM などにコピー AXI Bus DA P SRAM などバス計測 IP AXI-AP を介して SRAM のデータを読み出し AXI-AP JTAG APB- AP Corte x A15-1 AXI Bus PMU- 1 Debug APB Bus

57 57 ターゲット内に読み出しモニタを実装読み出しモニタとツールが使う共有メモリをSRAMなどに配置共有メモリは 2 面構成 ( ダブルバッファ ) モニタは計測毎に共有メモリにコピーコピー時に計測毎にインクリメントされるシリアル番号を付与するツールはこの番号を見て更新されたかまたロストしたかを判断ツールはモニタの計測周期より短い周期で共有メモリをチェックする

58 バス負荷計測アプリ画面全体図チャートウィンドウコントロールウィンドウセルウィンドウ

59 59 ありがとうございました Kyoto Microcomputer Co.,Ltd.

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PowerPoint プレゼンテーション R-IN Consortium Forum 2018 ソフトウエアの信頼性向上を支援する RTOS 統合開発プラットフォーム SOLID のご紹介京都マイクロコンピュータについて設立 CEO 国内拠点本社/開発拠点東京オフィス海外販売韓国代理店インド代理店主要製品 1985年山本彰一京都市西京区港区新橋 Nextech Solutions Co., Ltd Celestial