ELS1276 Q1100 10 2 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 ELS1276 Q1100 10 2

(1)

ALTIMA Corp.

GNU

ン

Nios II Software Build Tool

(2)

GNU

ン

Nios II Software Build Tool

1.

資料 Nios® II Software Build Tool ver 9.1 入使用際 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 ALTERA® Quartus® II 用内容 4章降設計者見

高内容含い参考留い

対象ン: Quartus II v11.1

(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 Software Build Tool

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 Software Build Tool ELF 拡張子 .elf

表記

ン ROM化生成

GNU ELF S 変換

Nios II Software Build Tool S 拡張子 .flash 表記

ン実機動作

Nios II Software Build Tool 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 Software Build Tool} _{Flash Programmer} _JTAG 経由 S

(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

Software Build Tool 図3-2 う nios2-elf-gcc ン提供ン

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

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 う単純無

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 Software Build Tool make

Nios II Software Build Tool 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 Software Build Tool 自動生成 make 一部抜粋

Nios II Software Build Tool 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

.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)

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

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

(9)

図3-7. objcopy 例

◇ nm ：ン表示 Nios II Software Build Tool

図3-8 う nios2-elf-nm ン提供出力ン

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 Software Build Tool 図3-9 う nios2-elf- objdump ン提供

図3-9. objdump 例

◇ size ：表示ン表示 Nios II Software Build Tool 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 Software Build Tool} 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

複数ン結合ン指示書従

や空間配置ン指示書ンいい図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

変数無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

→ 配列変数buff_2 → 変数a_val

.rwdata ン → 配列変数buff_3

→ 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 ROM 書込後起動

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ぶ

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 Software Build Tool

値0 初期値見

(14)

◇ . ( ) ン： Nios II Software Build Tool system.h 定義

_{SOPC Builder} ンン関連

ン自動的定義

例： .ext_flash, .ext_ssram, .ddr_sdram_0

◇ 定義ン： Nios II Software Build Tool BSP Editor 使用

_GUI 任意定義

4-1-2. 自動生成ン linker.x

Nios II Software Build Tool 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 Software Build Tool BSP Editor GUI 行う

図4-2. MEMORY ン

OUTPUT_FORMAT ン

出力やンン指定

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

Software Build Tool 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 Software Build Tool 場合 SOPC Builder 内

ンン用や HAL 関連や

BSP 内展開

図5-1. 階関係

Nios II Software Build Tool ンや make 設定最適化ン等

GCC 関連各種設定 Nios II Software Build Tool BSP Editor GUI 設定ン

標準C

HAL API

Nios® II

ン

Nios II Software Build Tool ン

内格納

各種や

(19)

6. わ

ver 9.1 入 Nios II Software Build Tool 従来 Nios II IDE 比 GNU やン

対設定柔軟精通い設計者用 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. ンン / E. ン共著川夫訳

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)

免責及利用注意

2. 資料予告変更あ

3. 資料作成万全期い万一不明や誤記載漏気あ資料入手記理店一報いば幸い

改版

歴

Re visio n 年概要

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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