Part  1  :  Code  Reading  of  

F9  Microkernel  ben6  

2013-­‐10-­‐16  

Agenda  

•  Overview  of  F9-­‐Microkernel    

•  Code  reading  (cscope,  ctags)  

•  Code  trace  

F9  

Agenda  

•  Overview  of  F9-­‐Microkernel    

•  Code  reading  (cscope,  ctags)  

•  Code  trace  

F9  

F9  Microkernel  Overview  

•  an  experimental  microkernel  used  to  construct  flexible  embedded  systems  inspired  by  famous  L4  microkernel.    

•  The  moMvaMon  of  F9  microkernel  is  to  deploy  modern  kernel  techniques  to  support    –  running  real-­‐Mme  and  Mme-­‐sharing  applicaMons  (ex:    wireless  communicaMons)  for  ARM  Cortex-­‐M  series  microprocessors  with  efficiency  (performance  +  power  consumpMon)    

–  security  (memory  protecMon  +  isolated  execuMon)  

CharacterisMcs  

•  F9  follows  the  fundamental  principles  of  microkernels  in  that  it  implements  address  spaces,  thread  management,  and  IPC  only  in  the  privileged  kernel.  

•  Designed  and    customized  for  ARM  Cortex-­‐M,  supporMng  NVIC  (Nested  Vectored  Interrupt  Controller),  Bit  Banding,  MPU  (Memory  ProtecMon  Unit)  

•  Energy  efficient  scheduling  and  Mckless  Mmer  •  KProbes  •  Independent  TCB  (Thread  Control  Block)  for  each  thread  with  its  global  ID  

CharacterisMcs  (Cont.)  

•  Memory  management  – Memory  pool,  Flexible  page,  Address  space  

•  System  calls:    – Grant,  Map,  Flush  

•  UTCB  concept  –   a  small  thread-­‐specific  region  in  the  thread's  virtual  address  space,  which  is  always  mapped  

•  Synchronous  IPC  •  Debugging  and  profiling  mechanisms  

Agenda  

•  Overview  of  F9-­‐Microkernel    

•  Code  reading  (cscope,  ctags)  

•  Code  trace  

F9  

Kernel  Line  of  code  

Kernel  C  code  line:  2661  Git  head:  7ae6e15bdf4d67740ef9fa2a0c6a2a194df9553b  

cscope  

•  CTRL-­‐D  to  quit  •  Use  arrow  key  

<up>,  <down>  to  select  

•  Type  symbol  name  your  want  to  search  

Use  case  of  cscope  1.   Get  f9-­‐kernel  source  code  

 git  clone  h=ps://github.com/f9micro/f9-­‐kernel  

2.   Generate  cscope.files  to  be  scanned  –  cd  f9-­‐kernel;  find  .  -­‐name  "*.c"  -­‐o    -­‐name  "*.h"  >  cscope.files  

3.   Generate  Cscope  database  cscope  -­‐b  -­‐q  -­‐k  

4.   Using  the  database  –  default  Cscope  browser  cscope  -­‐d  (be  able  to  use  vim  or  other  editor  support  cscope  database)  

5.   RegeneraHng  database  when  source  code  changes  –  Use  same  command  step  4.  

Reference:  hhp://cscope.sourceforge.net/large_projects.html  

vim  +  ctags  

•  sudo  apt-­‐get  install  ctags  •  Generate  tags    

CTRL   +  ]  è  goto  the  funcMon  definiMon  

+  t    è  back  to  previous  funcMon  call  CTRL  

ctags  –R  *  

•  key  definiMon  at  vim    

F9  KERNEL  ENTRY  PART  1  

F9-­‐kernel  Entry  •  plamorm/f9.ld          è  F9  ldscript   __l4_start  

F9-­‐kernel  Entry  •  plamorm/f9.ld  

Header  of  f9.bin  is  isr_vector  table  for  Cortex-­‐M  MCU  

f9-­‐kernel:  __l4_start  

kernel/init.c  •  Be  reset  handler  

•  F9  startup  entry  

__l4_start  •  IniMal  hooks  •  Copy  data  

segment  for  1st  iniMalizaMon  

•  Clear  segments  •  IniMalize  system  

clock  •  Call  main()  entry  

start.c  :  main.c  •  IniMal  for  level  plamorm  

hooks  •  Irq  iniMal  and  disable  

interrupt  •  Setup  FloaMng  Point  Unit  •  Show  banner  •  IniMal  for  Level  kernel  

hooks  •  Create  and  idle  and  root  

thread  •  Create  Mmer  64  Mcks  for  

delivering  ipc  •  Init  LAST  stage  hooks  •  Switch  to  iniMal  kernel  

thread  

Enable/disable  irq  

inline    assembly  Syntax:  __asm__  __volaMle__("InstrucMon  List");  •  __volaMle__      Tell  gcc  don’t  change  my  intrusMon  list  

•  cpsid,  cpsie  reference:  Implemented  interrupt  enabling  delay  in  the  Cortex-­‐M3  and  Cortex-­‐M4  processors  

kMmer_event_create  

•  kMmer.c  

•  Create  new  event  entry    

•  add  to  linked  list  of  event  table  

•  Add  entry  for  event  scheduling  

Switch  to  kernel  

•  Create  kernel  thread  and  enable  running  by  context  switch  

Agenda  

•  Overview  of  F9-­‐Microkernel    

•  Code  reading  (cscope,  ctags)  

•  Code  trace  

F9  

Console  setup  before  code  trace  Pl2303  console  with  STM32F4  •  USB2TTL  RX  (white)  -­‐-­‐-­‐>  PA0  •  USB2TTL  TX  (green)  -­‐-­‐-­‐>  PA1  

USB-­‐Serial  Controller  Prolific  2303  

Toolchain  for  Cortex-­‐M4  

•  Sourcery  CodeBench  – ARM  Processors:  EABI  Release  – Verified  versions:  arm-­‐2012.03,  arm-­‐2013.05    

•  GNU  Tools  for  ARM  Embedded  Processors  

stlink  Project  for  tools  we  used:  st-­‐flash,  st-­‐uMl  

hhps://github.com/texane/stlink  

Code  trace:  st-­‐uMl  

Remote  debug  port  for  gdb  

Code  trace:  gdb  remote  target  remote  :4242  

Code  trace  issue  

•  Debug  Panic   Git  HEAD:  7ae6e15bdf4d67740ef9fa2a0c6a2a194df9553b  

Discussions  

?  

F9  

References  •  F9  Microkernel  source  code  and  introducMon    •  Using  Cscope  on  large  projects  (example:  the  Linux  kernel)  

•  Ctags  wiki  

•  __asm__  __volaMle__  GCC的内嵌汇编语法  AT&T汇编语⾔言语法（⼀一）  

•  Implemented  interrupt  enabling  delay  in  the  Cortex-­‐M3  and  Cortex-­‐M4  processors  

 •  texane's  stlink  project  at  github