ツール

マイクロコントローラを扱う際は、いくつかの異なるツールを利用することになります。あなたのノートPCとは異なるアーキテクチャを扱うことになるでしょうし、リモートデバイス上でプログラムを実行しデバッグする必要があります。

下記リストのツールを利用します。最小バージョンが指定されていない場合、新しいバージョンであれば機能するはずです。私たちがテストしたバージョンをリストに示しています。

  • ARM Cortex-Mコンパイルサポートを追加したRust 1.31、1.31-beta以上のツールチェイン。
  • cargo-binutils ~0.1.4
  • qemu-system-arm。テストしたバージョン: 3.0.0
  • OpenOCD >=0.8.テストしたバージョン: v0.9.0とv0.10.0
  • ARMサポートのGDB。バージョン7.12以上を強く推奨。テストしたバージョン: 7.10、7.11、7.12、8.1
  • [任意] gitまたはcargo-generate。どちらもインストールしていないのであれば、どちらをインストールしてもかまいません。

下記に、なぜこれらのツールを利用するのか、を説明します。インストール方法は、次のページにあります。

cargo-generateかgit

ベアメタルプログラムは、非標準 (no_std)なRustプログラムであり、プログラムのメモリレイアウトを正しくするために、リンクプロセスをいじる必要があります。 これには、独特なファイル(リンカスクリプトなど)と設定(リンカフラグ)が必要です。 プロジェクト名やターゲットハードウェアの特徴などを、空白に入力するだけで済むように、テンプレートを用意しています。

このテンプレートは、cargo-generateとの互換性があります。cargo-generateは、テンプレートからCargoプロジェクトを作成するためのCargoのサブコマンドです。 このテンプレートは、gitやcurl、wget、ウェブブラウザを使ってダウンロードできます。

cargo-binutils

cargo-binutilsは、Rustツールチェインとともに配布されているLLVMツールを簡単に使うためのCargoサブコマンド一式です。 これらのツールは、LLVMのobjdumpやnm、sizeを含んでおり、バイナリを調査するために使われます。

GNU binutilsではなく、これらのツールを利用する利点は次の通りです。 (a) LLVMツールのインストールは、OSに関わらず、共通のコマンド1つ(rustup component add llvm-tools-preview)で済みます。 (b) objdumpなどのツールは、rustcがサポートする全てのアーキテクチャ(ARMからx86_64まで)をサポートします。これは、同じLLVMバックエンドを共有しているためです。

qemu-system-arm

QEMUはエミュレータです。今回は、ARMシステムを完全にエミュレートできるものを使います。 私たちは、ホスト上で組込みプログラムを実行するためにQEMUを利用します。 このおかげで、ハードウェアを持っていなくても、この本のいくつかの部分を試すことができます。

GDB

デバッガは、組込み開発で非常に重要です。ホストコンソールにログを記録するような贅沢は、必ずしもできないからです。 場合によっては、ハードウェア上のLEDが点滅しないことがあります。

通常のデバッグ機能に関しては、LLDBはGDBと同様に機能します。しかし、ターゲットハードウェアにプログラムをアップロードするGDBのloadコマンド相当のものは、LLDBにはありません。 したがって、現在はGDBの使用をお勧めします。

OpenOCD

GDBは、STM32F3DISCOVERY開発ボード上のST-Linkデバッグハードウェアと直接通信することはできません。 翻訳プログラムが必要であり、OpenOCD (Open On-Chip Debugger)がその翻訳プログラムです。 OpenOCDは、ノートPCやPC上で動作するプログラムで、GDBのTCP/IPベースのリモートデバッグプロトコルとST-LinkのUSBベースのプロトコルとを翻訳します。

STM32F3DISCOVERY開発ボード上のARM Cortex-Mベースのマイクロコントローラをデバッグするため、OpenOCDは、翻訳の一環として、他の重要な役割も果たします。

  • ARM CoreSightデバッグ周辺機器で使用されるメモリマップドレジスタとの通信方法を知っています。CoreSightレジスタは、次のことをできるようにします。
    • ブレイクポイント/ウォッチポイント操作
    • CPUレジスタの読み込みと書き込み
    • CPUがデバッグイベントのために停止したことの検出
    • デバッグイベントが発生した後のCPU実行の継続
    • 他
  • マイクロコントローラのフラッシュの消去と書き込み方法を知っています。