Tools

Până acum ați compilat programe pe același sistem pe care le-ați și rulat. Multe programe însă necesită un proces complex de compilare, care intern execută mulți pași și, în funcție de configurarea aleasă, poate dura un timp îndelungat. Pentru a reduce acest timp se dorește bineînțeles folosirea unei mașini cât mai puternice. În cazul sistemelor embedded este puțin probabil ca procesorul folosit să fie unul performant (în comparație cu un sistem desktop) sau ca memoria RAM disponibilă să fie mare. De altfel, nu de puține ori, avem de-a face cu un sistem care nici măcar nu are destul spațiu de stocare pentru sursele și fișierele binare generate în timpul compilării.

Pentru a elimina inconvenientele compilării pe sistemul emebdded (target-ul) compilarea se face de obicei pe un sistem desktop (host-ul). Bineînțeles, acum pot apărea probleme dacă target-ul și host-ul folosesc procesoare cu arhitecturi diferite (executabilul generat de host nu va fi înțeles de procesorul target-ului). Aceste probleme apar deoarece compilarea va folosi în mod implicit compilatorul host-ului: host-compiler-ul (ex: gcc). Rezolvarea constă în instalarea pe host a unui compilator care poate genera executabile înțelese de target. Acest compilator poartă denumirea de cross-compiler, el rulând pe arhitectura host-ului, dar generând cod pentru arhitectura target-ului. Procesul prin care un program este compilat pe un alt sistem față de sistemul target se numește cross-compilare.

Această tehnică este folosită pentru a separa mediul de dezvoltare de mediul în care programul trebuie să ruleze. Acest lucru ne este util în cazul:

• sistemelor embedded, sisteme limitate din punct de vedere hardware, unde resursele nu sunt suficiente pentru întreg mediul de dezvoltare (ex: AVR, iOS, Android etc.)
• compilării pentru arhitecturi diferite, un exemplu fiind distribuțiile Linux, unde se poate folosi o singură mașină pentru a compila pentru diferite arhitecturi (ex: x86, x86-64, ARM etc.) kernelul și restul distribuției
• compilării programului într-o fermă de servere, unde pentru performanță maximă, se va putea folosi orice mașină disponibilă, indiferent de arhitectura procesorului host sau a versiunii sistemului de operare.

Diferențierea între host-compiler și cross-compiler se face prin prefixarea acestuia din urmă cu un string, denumit prefix, care, prin convenție, conține o serie de informații despre arhitectura target (ex: arm-bcm2708hardfp-linux-gnueabi-). De asemenea, și restul utilitarelor folosite pentru compilare (ex: as, ld, objcopy etc.) vor avea același prefix. Tot ce trebuie să facem este să instruim sistemul de build să folosească cross-complier-ul pentru compilare.

Toolchain-ul reprezintă colecția de programe de dezvoltare software care sunt folosite pentru a compila și a obține un program executabil.

Programele care în majoritatea cazurilor sunt incluse în toolchain sunt:

• gcc - compilatorul de C
• g++ - compilatorul de C++
• as - assamblorul
• ld - linker-ul
• objcopy - copiază dintr-un fișier obiect în alt fișier obiect
• objdump - afișează informații despre fișierul obiect
• gdb - debugging

Un alt program important pentru dezvoltarea unui sistem embedded, și nu numai, îl reprezintă make. Acest utilitar ne permite automatizarea și eficientizarea procesului de compilare prin intermediul fișierelor Makefile. Pentru o reamintire a modului de scriere a unui Makefile revedeți laboratorul de USO - Dezvoltarea programelor în C sub mediul Linux.

Pentru ușurarea dezvoltării pe multiple sisteme embedded, fiecare având toolchain-ul lui propriu, vom dori să scriem Makefile-uri generice, care pot fi refolosite atunci când prefixul cross-compiler-ului se schimbă. Pentru aceasta va trebui să parametrizăm numele utilitarelor apelate în Makefile. Putem folosi în acest caz variabile de mediu în cadrul Makefile-ului. Acestea pot fi configurate apoi din exterior în funcție de sistemul target pentru care compilăm la un moment dat, fără a mai fi necesară editarea Makefile-urilor.

Cel mai simplu mod de a face acest lucru este să urmăm convenția deja stabilită pentru variabila de mediu care conține prefixul cross-compiler-ului: CROSS_COMPILE. Putem folosi această variabilă de mediu în cadrul Makefile-ului nostru utilizând sintaxa de expandare unei variabile, $(<variabila>), și prefixând numele utilitarului cu variabila pentru prefix.

Makefile

hello: hello.c
	$(CROSS_COMPILE)gcc hello.c -o hello

Orice variabilă exportată în shell-ul curent va fi disponibilă și în fișierul Makefile. Putem de asemenea pasa variabile utilitarului make și sub formă de parametri, astfel:

$ make CROSS_COMPILE=arm-bcm2708hardfp-linux-gnueabi- hello

O mare parte din dezvoltarea unui sistem embedded se face prin intermediul terminalului. Shell-ul care rulează în terminal permite personalizarea unor aspecte utile pentru dezvoltare precum variabilele de mediu încărcate la fiecare rulare. Aceste personalizări se fac însă în fișiere de configurare specifice fiecărui shell.

Pentru bash aceste fișiere reprezintă niste script-uri care sunt rulate automat și se găsesc în /etc (afectează toți utilizatorii) și în $HOME (afectează un singur utilizator). Prin intermediul fișierelor din $HOME fiecare utilizator își poate personaliza shell-urile pentru propriile nevoi. Aceste fișiere sunt:

• .bash_profile - este executat când se pornește un shell de login (ex: primul shell după logare)
• .bashrc - este executat cand se pornește orice shell interactiv (ex: orice terminal deschis)
• .bash_logout - este executat când shell-ul de login se închide

Un alt fișier util folosit de bash este .bash_history, care memorează un istoric al comenzilor interactive rulate. Istoricul comenzilor este salvat în acest fișier la închiderea unui shell. Pentru o reamintire a unor comenzi utile în linia de comandă puteți revizita laboratorul de USO - Automatizare în linia de comandă.

<hidden Informații istorice despre Intel Galileo>

Intel Galileo (<imgref galileo>) este prima placă bazată pe arhitectura x86 compatibilă cu Arduino. Ea foloșeste un procesor cu un singur nucleu și consum redus, Intel Quark SoC X1000, ce rulează la o viteză de 400MHz. Specificațiile complete sunt:

<imgcaption galileo center| Intel Galileo></imgcaption>

• procesor de 32 de biți, single core, single threaded, compatibil cu instrucțiunile Intel Pentium i586
• 256MB RAM
• 8MB Flash NOR programabil
• card micro-SD
• port Ethernet 10/100Mbps
• port USB 2.0
• port serial: UART și RS-232
• port JTAG

Conectarea la target-ul Intel Galileo se poate face atât prin SSH, folosind interfața Ethernet, cât și prin intermediul unei console seriale. În cadrul acestui laborator vom avea nevoie de această a doua metodă pentru a putea afla configurările de rețea ale target-ului. După aceasta vom putea schimba pe conexiunea SSH ca și până acum.

Există mai multe programe care permit comunicarea printr-un port serial de pe un host Linux. Unul dintre acestea este screen, utilitar pe care-l vom folosi și la laborator. O invocare simplă a screen se face în felul următor:

$ screen <device> <baud rate>

unde <device> reprezintă calea către port-ul serial de pe host, conectat fizic la target, iar <baud rate> reprezintă un număr care specifică viteza care va fi folosită pentru comunicație. Pentru a ieși din screen folosiți combinația de taste Ctrl+A urmată de k.

Pe Linux, device-urile seriale se găsesc în /dev și pot fi recunoscute după prefixul tty. Spre exemplu /dev/ttyS0 reprezintă primul port serial fizic al host-ului, iar /dev/ttyUSB0 reprezintă primul port serial oferit de un adaptor USB-to-serial conectat la host. Desktop-urile sau laptop-urile cu porturi seriale fizice sunt rare, astfel că în cele mai multe cazuri conectarea prin interfața serială la un target se face printr-un adaptor USB-to-serial conectat la USB-ul host-ului.

Vitezele obișnuite folosite pentru interfața serială sunt: 9600bps, 19200bps, 38400bps, 57600bps și 115200bps.

</hidden>

1. (1p) Conectați-vă la Raspberry Pi. Asistentul vă va oferi IPul & parola pe care vă puteți conecta. Creati un cont unic pentru fiecare calculator care se va conecta la RPi. De asemenea o să vreti să îi stabiliți o parolă, pentru a vă conecta prin SSH.

2. (2p) Scrieți și compilați un program hello world. Rulați acest executabil atât pe host, cât și pe target-ul RaspberyPi (rpi), pe con. Salvați comanda folosită pentru compilare și output-ul programului pentru cele 2 rulări.

3. (2p) Compilați program-ul hello world pentru a putea rula pe target-ul rpi. Salvați comanda folosită pentru compilare.

• Instalați toolchain-ul pentru RaspberryPi (local).
• Rulați programul compilat pe target-ul rpi.

4. (1p) Configurați shell-ul astfel încât la pornirea unui terminal nou să puteți apela cross-compiler-ul direct prin numele executabilului.

5. (2p) Creați un Makefile generic pentru programul hello world care poate compila pentru orice sistem target în funcție de variabilele primite (convenția CROSS_COMPILE). Compilați programul pentru host și pentru RaspberryPi și salvați executabilele generate. Salvați de asemenea și comenzile folosite pentru compilare.

6. (2p) Ce puteți spune despre conținutul celor 2 fișiere executabile create la exercițiul anterior?

• Soluție laborator
• Automatizare în linia de comandă - USO
• Dezvoltarea programelor în C sub mediul Linux - USO

• Intel Galileo datasheet