5.2.2. Включение полуохостинга в существующем проекте

Если у вас есть существующий проект и вы хотите включить полухостинг, вам необходимо выделить два случая.

Первый более простой. Если вы сгенерировали проект с помощью плагина GNU MCU, вам нужно всего лишь добавить следующий глобальный макрос в настройках проекта:

•Если вы хотите использовать только функции trace_printf() от Ливиу Ионеску,

добавьте макросы TRACE и OS_USE_TRACE_SEMIHOSTING_DEBUG.

•Если вы хотите использовать функции манипулирования вводом/выводом из стандартной библиотеки Си, добавьте макрос OS_USE_SEMIHOSTING и снимите фла-

жок Assume freestanding environment (-ffreestanding).

Второй случай более сложный. У вас есть существующий проект, импортированный в Eclipse, который не был создан с помощью плагина Eclipse GNU MCU. Если достаточно использовать функцию trace_printf(), то вы можете импортировать в свой проект следующие файлы, взятые из проекта, сгенерированного с помощью плагина GNU MCU:

•src/diag/trace_impl.c

•src/diag/Trace.c

•include/diag/Trace.h

Затем вы должны определить макросы TRACE и OS_USE_TRACE_SEMIHOSTING_DEBUG на уровне проекта и вызвать процедуру initialise_monitor_handles() в вашей процедуре main().

Если вы хотите использовать все стандартные процедуры ввода/вывода библиотеки Си, вам необходимо:

•импортировать в свой проект файл src/newlib/_syscalls.c;

•определить макрос OS_USE_SEMIHOSTING на уровне проекта;

•снять флажок Assume freestanding environment (-ffreestanding);

•вызвать процедуру initialise_monitor_handles() в вашей процедуре main().

5.2.3. Недостатки полухостинга

Полухостинг – отличная функция, но он также имеет несколько недостатков. Прежде всего, он работает только во время сеанса отладки, и полностью «подвешивает» микропрограмму, если она не работает под управлением GDB. Например, загрузите один из предыдущих примеров на вашу плату Nucleo и завершите сеанс отладки. Если вы перезагрузите плату, нажав кнопку RESET, светодиод LD2 не будет мигать. Это происходит потому, что микропрограмма зависла в процедуре trace_printf() (подробнее о том, почему это происходит в следующем параграфе). Это достаточно распространенная проблема, с которой сталкивается каждый новичок всякий раз, когда начинает работать с платформой STM32.

Еще один важный аспект, который следует иметь в виду, заключается в том, что полухостинг оказывает большое влияние на производительность программного обеспечения. Каждый вызов полухостинга затрачивает несколько тактовых циклов ЦПУ, и он влияет на общую производительность. Более того, эти затраты непредсказуемы, поскольку они включают в себя действия, которые происходят вне потоков выполнения микроконтроллера (подробнее об этом в следующем параграфе).

В Главе 8 мы увидим еще один интересный способ обмена сообщениями с хост-ПК с помощью одного из USART STM32.

5.2.4. Как работает полухостинг

Если вы новичок в мире STM32 и вас немного смущает его первоначальная сложность, вы можете перестать читать данный параграф и перейти к следующей главе. Здесь мы будем описывать сложную тему, которая требует небольшого понимания того, как работает архитектура ARM, и некоторых продвинутых функций GCC. Вам не обязательно читать данный параграф, но если вы рассмотрите его, это может улучшить ваше общее понимание.

Существует несколько способов реализовать возможности полухостинга. Одним из них является использование программных точек останова. ARM Cortex-M предлагает два типа точек останова: аппаратные (HBP) и программные (SBP).

HBP устанавливаются программированием модуля точек останова (аппаратного модуля внутри каждого ядра Cortex-M) для мониторинга шин ядра с целью выборки команд из определенной ячейки памяти. HBP могут быть установлены в любом месте в ОЗУ или ПЗУ с использованием внешнего физического программатора, подключенного к интерфейсу отладки. В случае платы Nucleo встроенный программатор ST-LINK подключен к интерфейсу отладки микроконтроллера, и он, в свою очередь, управляется OpenOCD. На рисунке 20 показана взаимосвязь между внешним отладчиком и внутренним модулем отладки микроконтроллера.

Рисунок 20. Компоненты отладки в микроконтроллерах Cortex-M

SBP реализуются добавлением специальной инструкции bkpt непосредственно перед кодом, который мы хотим проверить. Когда ядро выполняет инструкцию точки останова, оно переводится в состояние отладки. Отладчик видит, что микроконтроллер приостановлен, и начинает его отладку. Инструкция bkpt принимает немедленный 8-бит- ный код операции (immediate 8-bit opcode), который может использоваться для указания какого-либо условия прерывания. Если вы хотите остановить выполнение вашей микропрограммы и передать управление отладчику, то инструкция:

asm("bkpt #0")

то, что вам нужно. Данный метод используется для реализации программной условной точки останова. Например, предположим, что у вас есть странное условие (condition) отказа, которое вам нужно проверить. Вы можете применить фрагмент кода, подобный следующему:

if(cond == 0) {

...

}else if(cond > 0) {

...

}else { /* Ненормальное состояние, давайте отладим его */

asm("bkpt #0");

}

В приведенном выше коде, если переменная cond принимает отрицательное значение, микроконтроллер останавливается и управление передается GDB, что позволяет нам проверять стек вызовов и текущий стековый кадр.

Полухостинг реализован с использованием специального немедленного кода операции 0xAB. То есть инструкция:

asm("bkpt #0xAB")

вызывает останов микроконтроллера, но на этот раз OpenOCD видит специальный код операции и интерпретирует его как операцию полухостинга. По соглашению регистр r0 содержит тип операции (_write(), _read() и т. д.), а регистр r1 содержит указатель на область памяти, содержащую параметры функции. Например, если мы хотим записать строку с завершающим нулем на консоли хост-ПК, мы можем написать следующий ассемблерный код:

asm (

"mov r0, 0x4 \n /* код операции для записи строки с завершающим нулем */ "mov r1, 0x20001400 \n" /* адрес строки для передачи в OpenOCD */

"bkpt #0xAB"

);

В таблице 3 приведены поддерживаемые операции полухостинга. Пожалуйста, обратите внимание, что OpenOCD в настоящее время не поддерживает все из них.

Следующий полный код Cи показывает, как реализовать функцию trace_printf().

Имя файла: src/main-ex3.c

34 #include "stm32f4xx_hal.h"

35

36void SystemClock_Config(void);

37static void MX_GPIO_Init(void);

39int main(void)

40{

41char msg[] = "Hello STM32 lovers!\n";

43HAL_Init();

44SystemClock_Config();

45MX_GPIO_Init();

56while(1);

57}

Здесь мы используем возможности функции GCC asm() для передачи указателя на бу-

фер msg, содержащий строку "Hello STM32 lovers!\n".

Теперь вы можете понять, почему при полухостинге микроконтроллер зависает, если отладчик не активен. Инструкция bkpt останавливает выполнение микроконтроллера, и восстановить его невозможно без использования внешнего отладчика (или аппаратного сброса). Более того, каждый раз, когда выдается команда bkpt, внутренние действия микроконтроллера приостанавливаются до тех пор, пока управление не перейдет к отладчику. В течение этого времени важные асинхронные события (например, прерывания, генерируемые периферийными устройствами) могут быть потеряны. Этот интервал времени абсолютно непредсказуем и зависит от многих факторов (скорость аппаратного интерфейса, текущая загрузка хост-ПК, скорость микропрограммы ST-LINK и т. д.).