Сетевой стек на ATSAMD20

В предыдущих выпусках рассматривалась демонстрационная плата на базе 32-битного микроконтроллера ATSAMD20. Далее рассмотрим как прикрутить к нему сетевое приложение. Так как сам микроконтроллер не снабжен интерфейсом Ethernet, возьмем какое-нибудь готовое решение на базе ENC28J60 и прикрутим его через SPI.

Нам понадобится:
  • Atmel Software Framework — распространяемая под странным образом модифицированной BSD лицензией библиотека, реализующая удобный уровень индирекции при работе с переферией микроконтроллеров Atmel. Мы ей воспользуемся для работы через SPI. Внутри библиотеки весьма красивый код, понятный API и гора документации, исполненной в doxygen. Поэтому, основываясь на чувстве прекрасного, будем её использовать.
  • ec28j60driver — драйвер для ENC28J60, реализует высокоуровневые функции работы с Ethernet путем обмена через SPI. Возьмем этот, потому-что написан он не левой пяткой и был достаточно легко портирован для работы с Atmel Software Framework. (см. ветку asf)
  • lwIP — легковесный стек TCP/IP. Он отсылает или принимает Ethernet-пакеты через драйвер устройства и дальше разбирается что-же там внутри пришло. На сайте присутствует куча примеров.

Настройки для lwIP следующие:

lwoptions.h:
#define MEM_LIBC_MALLOC 1
#define MEMP_MEM_MALLOC 1
#define MEM_ALIGNMENT 4

cc.h:
#define BYTE_ORDER  LITTLE_ENDIAN

Стиль программирования приложений, определяемый использованием RAW API библиотеки lwIP, через 5 минут создает полное ощущение, что ты пишешь gen_server на erlang, но последний почему-то кривой, неудобный и недоделанный.

Далее в таблице приводится размер кода прошивки, получаемый при различных вариантах конфигурации:
config -O3 -Os
TCP/IP + DHCP + DEBUG(printf) 96k 82k
TCP/IP + DHCP 54k 40k
TCP/IP 45k 36k
UDP/IP + SNMP 54k 43k
UDP/IP 28k 24k

Как-то так оно и работает.

openSUSE 13.1 на BeagleBone Black

BeagleBone Black — одноплатный компьютер на основе процессора TI AM3358 (Cortex-A8), выпущенный весной прошлого года:

На нем вполне успешно может загрузиться и даже работать openSUSE 13.1. Готовые образы для нанесения на microSD карточку находятся здесь. Эти же самые образы должны в теории работать и на BeagleBone. Конечно, пока все на этапе интеграции и поиска ошибок, поэтому имеется подробная инструкция по запуску:
  1. Скачать, распаковать и сделать dd на карточку образ системы *.raw.xz
  2. Подключить отладочный TTL-RS232 порт (можно использовать, например, такой, но важно помнить, что разработчики BeagleBone Black не поставили на свою плату преобразователь уровней и сигнал с отладочного RS232 идет в виде 3.3V. Подключение через обычный COM-порт на большом компьютере обречено на провал.), руководствуясь распиновкой. Используя screen /dev/ttyUSB0 115200, во-первых, можно будет легко видеть все этапы начиная от работы u-boot. Во-вторых, запустится Yast2 firstboot и попросит вас задать root пароль, завести пользователя, установить временную зону и системное время (аналогично тому, как это происходит на соответствующем этапе установки с DVD), а для этого потребуется интерактивное взаимодействие.
  3. Помните, что для загрузки с внешней карты памяти при подаче питания на устройство нужно удерживать кнопку S2 (она же boot select switch).

Технические подробности (тем, кто хочет продолжить ковыряния) изложены в списке рассылки: http://lists.opensuse.org/opensuse-arm/2014-01/msg00001.html.

Atmel ATSAMD20-XPRO: собираем компилятор

Поскольку сборка компилятора привела к боли и страданиям, она будет тут сохранена для истории (такими историями гугл полнится).

Возьмем последний binutils-2.24:
./configure  --target=arm-none-eabi -enable-interwork   --enable-multilib --disable-nls  --disable-libssp --prefix=/opt/arm-none-eabi
make
make install-strip
export PATH=$PATH:/opt/arm-none-eabi/bin

Возьмем newlib-2.0.0 и распакуем его, пусть проветривается.

Возьмем gcc-4.8.2 который слышал о cortex-m0plus. Возьмем дебиановские патчи отсюда. Наложим их и скомпилируем:
mkdir build
../configure  --target=arm-none-eabi --prefix=/opt/arm-none-eabi --enable-languages="c,c++" --enable-interwork --enable-multilib  --with-
newlib --with-headers=/path/to/src/newlib-2.0.0/newlib/libc/include/  --disable-nls --disable-libssp  --with-system-zlib --with-multilib-lis
t=armv6-m
# в этом месте ./configure может ругаться, надо проследить чтобы он заголовки смог переписать на место
make
make all-gcc
make install-gcc

newlib собирается со следующими ключами (без --disable-newlib-supplied-syscalls не собираются некоторые куски для armv6-m, и atmel-овский asf ругается на дублирующиеся определения функций из syscalls):
./configure --target=arm-none-eabi -enable-interwork --enable-multilib --disable-libssp --disable-nls --prefix=/opt/arm-none-eabi --disable-newlib-supplied-syscalls  --enable-newlib-register-fini --enable-newlib-io-long-long
make
make install

После доделываем gcc:
cd build
make all
make install

Atmel ATSAMD20-XPRO


ATSAMD20-XPRO оценочный набор для новой серии микроконтроллеров Atmel ATSAMD20 на ядре Cortex-M0+. Выглядит следующим образом:
Купить в России можно например тут: Дельта Электроника.

Этот пост о том как подключать эту плату в GNU/Linux. Плата снабжена интерфейсом micro-USB для отладки, реализуемым через отдельную микросхему. Atmel называет это «Embedded Debugger», анонсируется наличие виртуального последовательного интерфейса (прикрученного к основному чипу) и собственно средств отладки и программирования.

При подключении появляется устройство:
Bus 001 Device 010: ID 03eb:2111 Atmel Corp.

[13761.329235] usb 1-1.5: New USB device found, idVendor=03eb, idProduct=2111
[13761.329240] usb 1-1.5: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3
[13761.329242] usb 1-1.5: Product: EDBG CMSIS-DAP
[13761.329245] usb 1-1.5: Manufacturer: Atmel Corp.
[13761.329247] usb 1-1.5: SerialNumber: ATML1873040200000110
[13761.330868] hid-generic 0003:03EB:2111.000A: hiddev0,hidraw3: USB HID v1.11 Device [Atmel Corp. EDBG CMSIS-DAP] on usb-0000:00:1a.0-1.5/input0
[13761.330964] cdc_acm 1-1.5:1.1: ttyACM0: USB ACM device

Устройство, как видно, отдает нам виртуальный последовательный интерфейс на /dev/ttyACM? и интерфейс CMSIS-DAP на /dev/hid*.

В openocd недавно добавили поддержку этого интерфейса. Пока пакеты openocd с поддержкой CMSIS-DAP доступны здесь:

В пакетах есть небольшой баг, связанный с тем, что udev стремится поставить на /dev/hidraw* группу владельца plugdev, которая по-умолчанию в системе не существует и в пакете не создается. openocd будет искать свой devel-project и потом попадет в Factory.

Запускаем и убеждается, что таки оно работает:
> openocd -f /usr/share/openocd/scripts/board/atmel_samd20_xplained_pro.cfg 
Open On-Chip Debugger 0.8.0-dev-snapshot (2013-12-13-18:45)
Licensed under GNU GPL v2
For bug reports, read
        http://openocd.sourceforge.net/doc/doxygen/bugs.html
Info : only one transport option; autoselect 'cmsis-dap'
Info : CMSIS-DAP: SWD  Supported
Info : CMSIS-DAP: Interface Initialised (SWD)
adapter speed: 500 kHz
adapter_nsrst_delay: 100
cortex_m reset_config sysresetreq
Info : CMSIS-DAP: FW Version = 01.0F.00DB
Info : SWCLK/TCK = 1 SWDIO/TMS = 1 TDI = 1 TDO = 1 nTRST = 0 nRESET = 1
Info : DAP_SWJ Sequence (reset: 50+ '1' followed by 0)
Info : CMSIS-DAP: Interface ready
Info : clock speed 500 kHz
Info : IDCODE 0x0bc11477
Info : at91samd20j18.cpu: hardware has 4 breakpoints, 2 watchpoints

Быстродействие UNIX сокетов

Сравнение скорости работы unix-сокетов. Выполнялась передача большого объема данных от одного процесса другому через unix-сокет. Изменялся размер данных, передаваемых за один вызов write/read (chunk). С каждым размером производилось пять измерений, результат усреднялся.


На графике черная кривая — производительность unix-сокетов, красная и зеленая — для сравнения копирование памяти memcpy в рамках одного процесса и, соответственно, копирование из разделяемой (shared) памяти. Если рост производительности при увеличении "размера пакета" для сокетов не является чем-то не очевидным, то падение производительности операции memcpy при росте значения третьего аргумента функции не тривиально.

Характеристики тестового стенда. Процессор: Intel(R) Core(TM) i5-3470 CPU @ 3.20GHz, память: DDR3 Kingston HyperX KHX1600C9D3P1K2/8G. Ядро: 3.7.10.

Xen: проброс USB устройств

Xen умеет пробрасывать USB-устройства (по отдельности) в гостевые непривилегированные домены. Для этого используется механизм, называемый PVUSB (подозреваю, что сокращение от Para-Virtualized USB), концептуально состояний из модулей usbbk (Xen USB backend driver) и xen_hcd (Xen USB Virtual Host Controller driver). Соответственно, первый модуль съедает устройство в dom0, делая его недоступным для других драйверов, а все URB отправляет через гипервизор в нужный выбранный домен, где их получает перавиртуальный контроллер. Утверждается, что потеря производительности минимальна.

Вся конструкция управляется несколькими командами. Посмотреть, какие устройства доступны:
# xm usb-list-assignable-devices
4-2          : ID 067b:2303 Prolific Technology Inc. USB-Serial Controller
Создать в домене паравиртуальный USB хост контроллер: xm usb-hc-create Domain UsbVer PortNum, где параметры — название домена, версия USB (поддерживаются 1 и 2) и количество USB-портов. После этого, в гостевом домене с помощью lsusb видно появившийся контроллер. Для удаления есть обратная команда xm usb-hc-destroy

Для присваивания устройства есть команда xm usb-attach Domain HostNum PortNum Device, где параметры — название домена, номер хост контроллера (их можно хоть пачку создать), номер порта на виртуальном контроллере, первая колонка выдачи usb-list-assignable-devices. Обратная команда — xm usb-destroy. При этом, в dom0 устройство пропадет на глазах у изумленного драйвера:
[12129.803899] pl2303 ttyUSB0: pl2303 converter now disconnected from ttyUSB0
[12129.803938] pl2303 4-2:1.0: device disconnected
но появится в гостевом домене:
# lsusb
Bus 001 Device 002: ID 067b:2303 Prolific Technology, Inc. PL2303 Serial Port
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0001 Linux Foundation 1.1 root hub

Важное замечание. Если в гостевом домене ничего не появилось, кроме записей в dmesg:
[12332.892117] usb 1-1: new full-speed USB device number 70 using vusb
[12332.892126] usb 1-1: parent hub has no TT
то скорее всего, устройство не поддерживает USB 2.0, к которому его прицепили, нужно сделать другой контроллер с правильным параметром UsbVer.

Кроме того, устройство можно прибить гвоздями в конфигурационном файле домена:
vusb=['usbver=1, numports=4, port_1=4-2']
Список литературы: