継続のためのArduinoのチューニングツールチェーン

むかしむかし、コード生成の予測可能性に非常に特定の要件があったArduinoでプロジェクトに取り組んでいたことがあり、ブラックボックスでの作業は場所によっては面倒でした。 そのため、組み立てプロセスをわずかに調整し、組み立て中にいくつかの追加手順を導入するというアイデアが生まれました。



ご存知のように、 Wiring言語は実際には本格的なC ++であり、ランタイム環境の重さのために例外のサポートが削除され、メイン関数の実装など、プログラムの構造に関連するいくつかの微妙さが隠され、開発者にはから呼び出されるセットアップおよびループ関数が与えられますメイン



これは、誰も話していない場合でも、C ++パンを使用できることを意味します。



この記事に記載されているすべては、少なくとも1.6以降のArduino環境のバージョンに適用されます。 私はすべてをWindowsで行いましたが、Linux / MacOSのアプローチは同じままで、技術的な詳細は変更されます。



それでは、始めましょう。



バージョン1.6環境では、GCCバージョン4.8コンパイラがデフォルトで使用されます。これには、デフォルトでC ++ 11のサポートが含まれていませんが、自動、可変テンプレート、およびその他の機能も必要です。 また、バージョン1.8の環境では、コンパイラーは既にバージョン4.9であり、デフォルトでC ++ 11をサポートしますが、右辺値参照、定数式、セパレーター、バイナリリテラル、およびその他の喜びを備えたC ++ 14の使用を強制することもできます。



デフォルトで含まれているよりも新しい標準のサポートを追加するには、コンパイル設定を含むArduinoインストールディレクトリのhardware\arduino\avr\platform.txt



ファイルを開き、 compiler.cpp.flags



パラメータを見つけて、目的の言語標準を指定します： -std=gnu++11



は-std=gnu++14



置き換えます。 パラメータがない場合は、たとえば、行の最後に追加します。



ファイルを保存したら、スケッチの再構築を試すことができます-環境はすぐに新しい設定を取得します。



ここでは、 -Os



オプションを-Ofast



変更することで、よりコンパクトなコードではなく、最適化設定を変更して、より高速なコードの生成を有効にできます。



これらの設定はグローバルであるため、すべてのプロジェクトに適用できます。



次に、コンパイラーの結果をより詳細に制御することを決定し、ポストビルドイベントの類似物を追加しました。 これを行うには、 recipe.hooks.postbuild.0.pattern



パラメーターを同じファイルに追加します。このファイルの値には、アセンブリ後に起動されるファイルの名前とコマンドライン引数を含める必要があります。 値"{compiler.path}stat.bat" "{build.path}/{build.project_name}"



を割り当てました。 そのようなファイルはまだないので、 hardware\tools\avr\bin



（明らかにstat.bat



という名前で）作成する必要があります。



そこに次の行を書きましょう。

 "%~dp0\avr-objdump.exe" -d -C %1.elf > %1.SX "%~dp0\avr-nm.exe" %1.elf -nCS > %1.names
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

最初の行は、objdumpを使用して既にコンパイルおよび最適化されたプログラムの逆コンパイルを開始し、プロジェクト名と追加の拡張子.SXを使用して出力ファイルを作成します（選択は任意ですが、Sは伝統的にアセンブラーであり、Xは何らかの変換の事実を示します）。



2行目では、nmコマンドを実行してメモリ領域のシンボル名を抽出し、ファイルに追加の拡張子.namesを付けてレポートを生成しますが、ソートはアドレスで実行されます。



ここで、アセンブリが一時ディレクトリで実行されることを追加することも必要です。それを確認するには、Arduino設定に移動し、[詳細出力を表示]-> [コンパイル]チェックボックスをオンにします。 私の場合（IDEバージョン1.8.5）は、 %TEMP%\arduino_build_[random]



ようなディレクトリでした。



普通の生活で逆アセンブルされたコードを読むことは疑わしい喜びですが、誰かにとっては必要かもしれません（私はたまたま行ったことがあります）。



通常、名前のファイルの方が便利です。 ネタバレ-実験を行ったテストスケッチ：





結果の名前のファイル全体もネタバレです。







読み方は？ 正しくしましょう。



AVRコントローラには、プログラムメモリとデータメモリの2つの独立したメモリ領域があります。 したがって、コードへのポインターとデータへのポインターは同じものではありません。 EEPROMについては言及していませんが、アドレス指定については別の会話があります。 ダンプでは、プログラムメモリはオフセット0にあり、そこから実行が開始されます。また、要素ごとに4バイトの割り込みベクトルのテーブルもあります。 x86とは異なり、各割り込みベクトルにはハンドラーのアドレスは含まれませんが、実行する必要がある命令が含まれます。 通常（他のオプションを見たことがない）-jmp、つまり、目的のアドレスへの移行。 しばらくの間、割り込みベクターに戻りますが、今のところはさらに調べます。



データメモリは、オフセット0のレジスタファイルとオフセット0x100のランダムアクセスメモリ（SRAM）のデータの2つの部分で構成されています。 メモリダンプが出力されると、オフセット0x00800000がSRAMアドレスに追加されます。これは本質的には何も意味しませんが、便利です。 EEPROMオフセットの値は0x00810000ですが、これは必要ありません。



データから始めましょう。ここではすべてが少しシンプルでわかりやすいので、コードに戻ります。 最初の列はオフセット、2番目はサイズ、次にタイプ（注意を払うまで）、行の最後が名前です。



オフセット0x00800100に移動して、エントリを確認します。

 00800100 D __data_start 00800100 00000002 D counter 00800102 00000010 V vtable for HardwareSerial 0080011c D __data_end
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

.dataセクションに類似しており、初期化されたグローバル変数と静的変数、および仮想メソッドテーブルが含まれています。 これらの変数はブートストラップコードで初期化されますが、これには時間がかかります。



さらに進んでいきます（__bss_startと__data_endがランダムな順序で実行されることを気にしないでください-それらは共通のアドレスを持っています）。

 0080011c B __bss_start 0080011c 00000004 b test(int)::time 00800120 00000001 b timer0_fract 00800121 00000004 B timer0_millis 00800125 00000004 B timer0_overflow_count 00800129 0000009d B Serial 008001c6 B __bss_end
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

これは、初期化されていないデータのセクションです（.bssに類似）。 0バイトで埋められているため、何も与えられません。 いくつかのヘルパー変数、timer0_で始まる名前、グローバルシリアルオブジェクト、および静的ローカル変数を次に示します。



小さな叙情的な余談：Serialオブジェクトは最初は空であり、beginメソッドが呼び出されると初期化されることに注意してください。 これにはいくつかの理由があります。 第一に、それはまったく使用されないかもしれません（そして、それはまったく作成されず、それに割り当てられるスペースもありません）、第二に、グローバルオブジェクトの初期化の順序が定義されていないこと、そして厳密に言うと、コントローラー正しく初期化されていません。



上位アドレスに、スタックが配置されます。 コントローラのメモリが2キロバイト（atmega328プロセッサに基づくボード）の場合、最後のアドレスは0x008008FFになります。 このアドレスからスタックが始まり、アドレスの減少に向かって成長します。 障壁はありません。原則として、スタックは変数をクロールし、それらを破壊します。 または、データがスタックを破壊する可能性があります。 この場合、良いことは何も起こりません。 この未定義の動作を呼び出すことができますが、メモリにスタック用の十分なスペースを常に残しておくことをお勧めします。 どれだけ言いにくいか。 これは、すべての呼び出しのローカル変数とスタックフレームに加えて、すべてのネストされた呼び出しで最も重い割り込みハンドラーに十分でした。 正直に言って、スタックの使用を診断する方法について、多少なりとも正直な決定を見つけることはできませんでした。



コードに戻りましょう。 コードがそこに保存されていると言ったとき、私は少し不誠実でした。 実際、読み取り専用データはそこに格納できますが、それらはLPMプロセッサーからの特別な命令によってそこから抽出されます。 そのため、初期化に時間が無駄にならないため、定数データをそこに配置し、何のためにも配置することはできません。 コード内のマクロF（...）に注意してください。 プログラムメモリに配置された行を宣言するだけで、少し魔法をかけます。 魔法の詳細については触れませんが、記憶の中からそれらを探します。 このようなマクロはテスト関数に移動し、ダンプでは次のように表示されます

 00000068 0000001a t test(int)::__c 00000082 0000000b t test(int)::__c 0000008d 00000005 t test(int)::__c 00000092 0000000a t test(int)::__c
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

彼らは同じ名前を持っているという事実にもかかわらず、それらは異なるアドレスに位置しています。 マクロF（...）は中括弧でスコープを作成し、変数（より正確には定数）は互いに干渉しないためです。 逆アセンブルされたダンプを見ると、これらはプログラムメモリ内の行のアドレスになります。



そして最後に、約束された中断。 ライブラリは、周辺機器の動作をサポートするために、タイマー、通信インターフェイスなどのコントローラーリソースを使用します 割り込みハンドラを登録し、変数をメモリに保存し、定数をプログラムメモリに保存します。 空のスケッチをコンパイルすると、メモリダンプは次のようになります。





たくさんありませんか？



そして、ここにコードがあります：





タイマー割り込み、このタイマーを処理するための9バイト、および一定量のインフラストラクチャコードが含まれます。



今日は、おそらく十分でしょう。 誰かが役に立つといいな。