ELS1397 Q1500 10 1 Nios® II はじめてガイド GNU コンパイラと Nios® II Software Build Tool | マクニカオンラインサービス ELS1397 Q1500 10 1

(1)

ALTIMA Corp.

2015年7 Rev.1

GNU

ン

Nios II Software Build Tool

(2)

GNU

ン

Nios II Software Build Tool

1.

資料 Nios ®

II Software Build Tool 降 Nios II SBT 使用際 GNU

ンやン初歩的概念体系的明資料 Nios II 外 CPU

GNU ン経験設計者や使用組込開発

設計者 Quartus

®

II 開発用内容 4章降設計者

見高内容含い参考留い

対象ン: Quartus II v15.0

_{Nios II SBT v15.0}

(4)

2. 組込

開発

最初組込開発概略紹

作成

開発環境や使用ン言語 C/C++ 記述

C/C++ ン

C/C++ ンン言語ン言語変換 Nios II SBT GNU

C/C++ ン GCC 使用

ン

ンン言語変換

※ FPGA 開発 Quartus II ンン異 FPGA/CPLD 書

込 .sof / .pof 生成行い

ン

ンや情報集約結合最終的実行 ELF

生成 Nios II SBT ELF 拡張子 .elf 表記

ン ROM化生成

GNU ELF S 変換

Nios II SBT S 拡張子 .flash 表記

ン実機動作

Nios II SBT JTAG JTAG_UART 経由 S RAM

格納実行 FPGA開発 SOF 書込相当

ROM 化書込

Nios II SBT Flash Programmer JTAG 経由 S ROM 書込

(5)

3. GNU

ン

make

3-1.GNU ン GCC

GCC GNU Compiler Collection 先頭 3文 GNU C ン意味略語

組込用途ン様々ン在昨最普及い

GCC 図3-1 前章ン GNU 少踏込内容

図3-1. GCC ン ROM 化

GNU ン Quartus II 様ン cpp0 → ン

cc1 → ン as → ン ld 実行 GCC ンン gcc ン

指定ばン実施実行生成 Nios II SBT

図3-2 う nios2-elf-gcc ン提供引数

foo.c –v ン付加い –v ンン処理各段階い実行

ン表示ン

ン

ROM化

ROM化 (S , Hex)

実行 ELF

(objcopy)

foo.flash, foo.hex main.c

GCC ン

sub_1.c sub_2.c

main.i sub_1.i sub_2.i

main.s sub_1.s sub_2.s

main.o sub_1.o sub_2.o 必要

foo.elf

ン (cc1)

ン (as)

(cpp0)

ン (ld)

(6)

図3-2. gcc ン例

gcc ンン行う cc1 や as 背後実行い確認

図3-3 うン指定ば段階踏ン可能

図3-3. gcc ン例

う gcc ンン指あ GCC C ン cc1 区

別ンばあ実際図3-3 う単純様々

ンや関連設定目追加例： -g ン -I ン

3-2.make

gcc 対複雑設定目毎設定用意所定記

録変更う組利用ば便利 GNU GNU make (gmake) いう

用意ンン PATH 様々設定毎管理

毎設定いう意味 Quartus II QSF Quartus II 設定部

分的似い

Nios II SBT make

Nios II SBT 毎 make 自動生成図3-4 make 一部

抜粋 make 作現実的あ精通方除

際自動生成推奨

[NiosII EDS]$ nios2-elf-gcc foo.c -v

[NiosII EDS]$ nios2-elf-gcc foo.c -v -S [NiosII EDS]$ nios2-elf-gcc foo.c -v -o foo.o

-S ン：

cc1 実施

ン生成

-o ン：

as 実施

(7)

図3-4. Nios II SBT 自動生成 make 一部抜粋

Nios II SBT 作成 make 自動生成ンンン

make あ移動図3-5 う make make all

GNU make gcc ン実行 ELF 生成

ンン処理過程表示追う確認

図3-5. make 例

make 図3-6 う後 make clean 状態

前状態戻消え

図3-6. make 例

make 複数ンう開発場合修

ン見修再ン既ン

行い整合保役割持い意味

Quartus II Smart Compilationやンンン似い知

.PHONY : all

all:

@$(ECHO) [$(APP_NAME) build complete]

all : build_pre_process libs app build_post_process

$(OBJ_ROOT_DIR)/%.o: %.c

@$(ECHO) Info: Compiling $< to $@

@$(MKDIR) $(@D)

$(CC) -MP -MMD -c $(APP_CPPFLAGS) $(APP_CFLAGS) -o $@ $<

$(CC_POST_PROCESS)

$(OBJ_ROOT_DIR)/%.o: %.cpp @$(ECHO) Info: Compiling $< to $@

@$(MKDIR) $(@D)

$(CXX) -MP -MMD -c $(APP_CPPFLAGS) $(APP_CXXFLAGS) $(APP_CFLAGS) -o $@ $<

$(CXX_POST_PROCESS)

$(OBJ_ROOT_DIR)/%.o: %.cc

@$(ECHO) Info: Compiling $< to $@

@$(MKDIR) $(@D)

$(CXX) -MP -MMD -c $(APP_CPPFLAGS) $(APP_CXXFLAGS) $(APP_CFLAGS) -o $@ $<

$(CXX_POST_PROCESS)

CROSS_COMPILE := nios2-elf- CC := $(CROSS_COMPILE)gcc -xc CXX := $(CROSS_COMPILE)gcc -xc++ AS := $(CROSS_COMPILE)gcc AR := $(CROSS_COMPILE)ar LD := $(CROSS_COMPILE)g++ NM := $(CROSS_COMPILE)nm RM := rm -f

OBJDUMP := $(CROSS_COMPILE)objdump OBJCOPY := $(CROSS_COMPILE)objcopy STACKREPORT := nios2-stackreport DOWNLOAD := nios2-download FLASHPROG := nios2-flash-programmer ELFPATCH := nios2-elf-insert

MKDIR := mkdir -p

[NiosII EDS]$ make all

(8)

3-3.GCC 最適化

GCC ンン中最適化ン紹 Quartus II 様 GCC

ン考慮複数最適化用意い

◇ -O ：-O1

◇ –O0 ：最適化 0

最適化行い GCC やい生成

◇ -O1 ：最適化 1

ン実行間両方削減ン間

_-O0 場合減 CPU内蔵汎用値

保う最適化行わ

◇ -O2 ：最適化 2

_-O1 最適化行いほ全最適化行いン間

長生成概高速化

◇ -O3 ：最適化 3

_-O2 指定全最適化行い展開やンン展開実施

◇ -Os ：最適化 s

_-O2 指定最適化中実行間削減優先最適化

行わ

3-4.

実行操作あ Binutils (GNU Binary Utilities)

ばい表的紹

◇ objcopy ：表的使用用途 ROM 化際変換あ

Nios II SBT 図3-7 う nios2-elf-objcopy ン提供 -I

(9)

図3-7. objcopy 例

◇ nm ：ン表示 Nios II SBT 図 3-8 う

nios2-elf-nm ン提供 nios2-elf-nm ン出力

ン機能使用 foo.nm いう出力い

図3-8. nm 例

※ ン：

C 言語変数や関数定義実体利用可能空間

領域確保意味変数や関数確保領

域あ言え関数や変数単前扱わ

前ン

※ ン：

ン管理ン情報ンンン

実体配置位置情報関数や変数在

ン情報管理ン配列持い

[NiosII EDS]$ nios2-elf-objcopy -I srec -O ihex foo.flash foo.hex [NiosII EDS]$ nios2-elf-objcopy -O srec foo.elf foo.flash

[NiosII EDS]$ nios2-elf-objcopy -I srec -O binary foo.flash foo.bin

ELF S 変換

S HEX 変換

S 変換

(10)

◇ objdump ：情報表示表的ン紹

■ --disassemble：逆ン行い

■ --syms：ン情報表示

■ --all-header： ELF 情報表示

■ --source：逆ン元対比表示

Nios II SBT 図3-9 う nios2-elf- objdump ン提供

図3-9. objdump 例

◇ size ：表示ン表示 Nios II SBT 図 3-10 う

nios2-elf-size ン提供

図3-10. size 例

◇ readelf ： ELF 情報情報やン情報表示 Nios II SBT 図3-11

う nios2-elf- readelf ン提供出力

ン

図3-11. readelf 例

[NiosII EDS]$ nios2-elf-objdump --disassemble --syms --all-header --source foo.elf > foo.objdump

[NiosII EDS]$ nios2-elf-size foo.elf

text data bss dec hex filename 67200 7612 532 75344 12650 foo.elf

(11)

4. ン

役割

ン

ンやン複数や元々用意い

複数ン結合ンへ指示書従や

空間配置ンへ指示書ンいい図3-1 GCC ン

示いンン込ン作業行い最終的

結合解決情報解決実行生成解決い

資料割愛

4-1. 構造ン

C 言語設計者作成作成中

場所配置い問題厳密考えい最後

あ配置ば

C 言語構造＋構成い構造個々

異性質持い配置場所別々考え

4-1-1. 構造ン

図4-1 性質異構造具体例簡易的明い記述

変数や関数ン段階う構造分類い最終的

う配置い図示い

用途応性質異領域分割い個々領域

ンいいン .bss や .text いううン先頭 .

付表現

図4-1 初期値指定変数や配列 .rwdata ン分類

変数定数初期値指定専用 .rodata 分類

初期値持い配列 .bss ン分類 main 関

数 .text ン分類 .text ン ROM

う不揮発性常駐 .rodata ン専用不揮発性配置

.rwdata ン .bss ン RAM う書換え可能揮発性内配置

一般的初期値無実無着目 .rwdata ン .bss ン

別々性質持見両者 RAM 別々領域配置必要あ

(12)

図4-1. ン配置い様子

基領域

C 言語領域確保要大雑把 3

領域分類

◇ 領域：変数 auto 変数関数引数確保

◇静的記憶領域：変数 static 変数確保

◇動的記憶領域：動的確保領域領域確保

#include <stdio.h>

#include “system.h”

#define BUFF_SIZE 5

int buff_1[BUFF_SIZE]; ←

int buff_2[BUFF_SIZE]; ←

int buff_3[BUFF_SIZE] = {0, 1, 2, 3, 4 }; ←

const int coeff_1[BUFF_SIZE] = {5,6,7,8,9};←

int main(void) {

int i;

static int a_val; ← static int b_val = 1; ←

for(i=0; i< BUFF_SIZE; i++) {

a_val = i+1; b_val = i+2;

buff_1[i] = 2*a_val; buff_2[i] = 3*b_val;

buff_3[i]= buff_1[i] + (coeff_1[i])*(buff_2[i]); }

return (0); }

変数

.bss ン

→ 配列変数buff_1

→ 変数a_val

.rwdata ン

→ 変数b_val

.rodata ン

→ 配列定数 coeff_1

変数

見構造ン見構造

見構造

.bss ン

.rwdata ン

.text ン

ROM RAM

CPU

.text ン

→ main関数

(13)

実行 ELF 外様々形式 a.out あ共通 3

構造紹

◇ 領域：配置専用禁

◇ 領域：初期値持変数体配置可能変数

や static 変数配置対象 auto 変数対象外

◇BSS領域： BSS Block Started by Symbol 略語あ初期値持い変数配置

auto 変数配置対象外

ELF 出力 GNU ンン

ELF 出力 GNU 定義表的ン紹

◇ .text ン：領域通常 ROM 配置ンン外部

RAM 指定場合 ROM 化際 Nios II Flash Programmer

ALTERA 提供専用付加自動的行い後

起動 RAM .text ン

◇ .data ン：領域初期値持変数 RAM 配置初期値持い

変数 .data ン .common ン配置

ン依

◇ .bss ン： BSS 領域初期値持い変数 RAM 配置関数内構造体動

的記憶領域配置領域や malloc() 等配置

注： malloc() 引数指定数領域動的確保

領域領域内割当ン依

free() 領域開放い空容食い潰

い注意必要

◇ .rodata ン：専用配置 const 言文列

主配置

◇ .common ン：初期値持い変数 RAM 配置

◇ .stub ン .stubstr ン： GDB 情報配置

情報や行番号い情報集約い GDB

GNU 指

◇ .comment ン：や刻情報配置

◇ .rwdata ン：可能 RAM 配置 Nios II SBT 値0 初

期値見

◇ .entry ン： Nios II SBT ン自動的配置

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◇ . ( ) ン： Nios II SBT system.h 定義

Qsys ンネン関連

ン自動的定義

例： .ext_flash, .ext_ssram, .ddr_sdram_0

◇ 定義ン： Nios II SBT BSP Editor 使用 GUI

任意定義

4-1-2. 自動生成ン linker.x

Nios II SBT linker.x いうン生成後述 bsp

内生成 linker.x 概次う記述構成い

MEMORY ン

位置大定義ン領域使良い領域

使いい記述必要数定義様設定 Nios II

SBT BSP Editor GUI 行う

図4-2. MEMORY ン

OUTPUT_FORMAT ン

出力やンン指定

図4-3. OUTPUT_FORMAT ン

MEMORY {

reset : ORIGIN = 0x0, LENGTH = 32

ext_flash : ORIGIN = 0x20, LENGTH = 16777184 ext_ssram : ORIGIN = 0x1000000, LENGTH = 2097152

onchip_ram_BEFORE_EXCEPTION : ORIGIN = 0x2100000, LENGTH = 32 onchip_ram : ORIGIN = 0x2100020, LENGTH = 65504

epcs_controller : ORIGIN = 0x3200000, LENGTH = 2048 ddr_sdram_0 : ORIGIN = 0x4000000, LENGTH = 33554432 }

0x2100020 番地基 65504

バイ分の領域を確保

(15)

OUTPUT_ARCH ン

指定

図4-4. OUTPUT_ARCH ン

ENTRY ン

ンン設定ンン最初実行へン

開始

図4-5. ENTRY ン

OUTPUT_ARCH( nios2 )

(16)

SECTIONS ン

ンンやン空間配置

SECTIONS {

.entry : {

KEEP (*(.entry)) } > reset

.exceptions : {

<< 途中省略 >> } > onchip_ram

.text : {

<< 途中省略 >>

} > ddr_sdram_0 = 0x3a880100

.rodata : {

PROVIDE (__ram_rodata_start = ABSOLUTE(.)); . = ALIGN(4);

*(.rodata .rodata.* .gnu.linkonce.r.*) *(.rodata1)

. = ALIGN(4);

PROVIDE (__ram_rodata_end = ABSOLUTE(.)); } > ddr_sdram_0

<< 途中省略 >>

.rwdata : {

<< 途中省略 >> } > ddr_sdram_0 .bss :

{

<< 途中省略 >> } > ddr_sdram_0 .ext_flash : {

<< 途中省略 >> } > ext_flash .ext_ssram : {

<< 途中省略 >> } > ext_ssram

<< 途中省略 >>

.stab 0 : { *(.stab) } .stabstr 0 : { *(.stabstr) } .stab.excl 0 : { *(.stab.excl) }

<< 途中省略 >> }

ン対象全

内

.entry ン

集約結合最

終的 MEMORY

ン定義

reset領域 .entry

ン配置

.entry ン続

い .exceptions ン → .text

ン所定

領域

配置

.rodata ン開始 __ram_rodata_start

ンボ設定（開始現行位置ン

値位置ンタを4ワ境界るよう調整後

ンク対象の全てクイの以下のセク

ョンを集約結合

.rodata .rodata.* .gnu.linkonce.r.* .rodata1

位置ンタを4ワイン後終了

__ram_rodata_end ンボ設定（終了現行

位置ン値結合 4ワイン

調整した分をインクン

各ン

MEMORY

ン定義

所定

領域内

記述

配置

系

ン記

述集

約結合

■ ン . 位置

ン意味ンう

初期値ン

■ ン *

ワ意味

■ ンン定義 C言語定義い変数や関数間ン衝突起可能性

出防 PROVIDE ン = 値利用内ン定義

(17)

4-2.

attribute

ン使用い直接ン指定図4-7

う GCC 提供い関数 "__attribute__" 機能使用特定変数や関数任意

ン配置可能 ANSI C #pragma あ attribute 機能使用強推奨

図4-7. attribute 使用例

※#pragma：

attribute 機能様領域へ配置

明示ン固拡張機能あ CPU

移植場合互換性注意必要

ン何配置形式あン ld 出力

ン指定通空間配置う確認利用 Nios II

SBT 図4-8 う nios2-elf- ld ン -M ン提供出力

ン

図4-8. 生成例

int foo_var __attribute__ ((section (".data_tcm"))) = 0;

/* 変数foo_varを .data_tcm セクョン配置 */

void bar_func(void* ptr) __attribute__((section (".ext_ssram")));

/* 関数bar_func()を.ext_ssram セクョン配置 */

(18)

5. BSP (Board Support Package)

い

固ンや OS 結ン

指

BSP (Board Support Package) OS や CPU 提供

あ実体 CPU 特定 OS 実行必要

や集合体 Nios II SBT 場合 Qsys 内ンネン用

や HAL 関連や BSP 内

展開

図5-1. 階関係

Nios II SBT ンや make 設定最適化ン等 GCC 関連

各種設定 Nios II SBT BSP Editor GUI 設定

ン

標準C

HAL API

Nios® II

ン Nios II SBT

ン内格納

各種や

尾 _bsp

(19)

6. わ

Nios II SBT GNU やン対設定柔軟行え精通い設計者

用 GUI GNU やン概念考慮使用伴う恐

あ資料 GNU やン概念持後次章紹参考文献や専門

通理解深

尚 GNU AS IS 無保証表記い不具合自己解決いう

暗黙在扱い十分注意願い

7. 参考文献

1. GNU ンン

Mike Loukides & Andy Oram 共著引地美恵子引地信之共訳

2. 実例学ぶ GCC 格的活用法 CQ 出版社岸哲夫著

3. MAKE 遉人株式会社ン C. ン / A. ネンン / E. ン共著小川夫訳

4. 組込 OS 基礎講株式会社翔泳社

ン / ン共著宇訳

5. ン実践開発 CQ 出版社坂井弘亮著

(20)

免責利用注意

弊社資料入手様記使用注意一いい使用い

2. 資料予告変更あ

3.

改版

歴

Revision 年概要

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ALTIMA Corp.

GNU

ン

Nios II Software Build Tool

GNU

ン

Nios II Software Build Tool

目次

1.

2.

組込

開発

3.

GNU

ン

make

4.

ン

役割

ン

5.

BSP (Board Support Package)

い

6.

わ

7.

参考文献

改版

歴