コグノスケ

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2014年8月3日

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自作ARMv5エミュレータ（途中）

目次: Linux

せっかく組み込み屋さんやってるんだから、何か一つ組み込みっぽいことでもしようと思い立ち、ARMのエミュレータを書き始めて、はや2ヶ月が経ちました。

Linuxのブートの途中まで動いたみたい

Connected to the target VM, address: '127.0.0.1:52615', transport: 'socket'
Exception: Reset by 'Init.'.
I&D-cache: all invalidated.
I&D-TLB  : all invalidated.
TTBR0    : 0x80004000.
  base   : 0x20001.
SCTLR    : 0x3137.
  V      : true.
  R      : false.
  S      : true.
  A      : true.
  M      : true.
D-TLB    : all invalidated.
I-TLB    : all invalidated.
VICITCR: 0x00000000
VICVECTCNTL[0]: 0x00000020
VICVECTCNTL[1]: 0x00000021
VICVECTCNTL[2]: 0x00000022
VICVECTCNTL[3]: 0x00000023
VICVECTCNTL[4]: 0x00000024
VICVECTCNTL[5]: 0x00000025
VICVECTCNTL[6]: 0x00000026
VICVECTCNTL[7]: 0x00000027
VICVECTCNTL[8]: 0x00000028
VICVECTCNTL[9]: 0x00000029
VICVECTCNTL[10]: 0x0000002a
VICVECTCNTL[11]: 0x0000002b
VICVECTCNTL[12]: 0x0000002c
VICVECTCNTL[13]: 0x0000002d
VICVECTCNTL[14]: 0x0000002e
VICVECTCNTL[15]: 0x0000002f
VICDEFVECTADDR: 0x00000020
SIC_ENCLR: 0xffffffff
SIC_PICENSET: 0xffd00000
Timer1Control: 0x00000000
Timer2Control: 0x00000000
Timer1Control: 0x00000000
Timer2Control: 0x00000000
Timer2Control: 0x00000000
Timer2Load: 0xffffffff
Timer2Value: 0xffffffff
Timer2Control: 0x000000c2
Timer1Control: 0x00000000
Timer1Control: 0x00000022
Timer1Control: 0x00000022
Timer1Control: 0x00000022
Timer1Load: 0x00002710
Timer1Control: 0x000000e2
UARTIMSC: 0x00000000
UARTICR: 0x0000ffff
UARTFBRD: 0x00000004
UARTIBRD: 0x00000027
UARTLCR_H: 0x00000070
[    0.000000] Booting Linux on physical CPU 0x0
[    0.000000] Linux version 3.12.20 (katsuhiro@falcon) (gcc version 4.8.1 (Sourcery CodeBench Lite 2013.11-33) ) #1 Sun Jun 1 00:39:50 JST 2014
[    0.000000] CPU: ARM926EJ-S [41069260] revision 0 (ARMv5TEJ), cr=00003137
[    0.000000] CPU: VIVT data cache, VIVT instruction cache
[    0.000000] Machine: ARM-Versatile PB
[    0.000000] Ignoring unrecognised tag 0x00000000
[    0.000000] Memory policy: ECC disabled, Data cache writeback
[    0.000000] On node 0 totalpages: 16384
[    0.000000] free_area_init_node: node 0, pgdat c03a801c, node_mem_map c03c5000
[    0.000000]   Normal zone: 128 pages used for memmap
[    0.000000]   Normal zone: 0 pages reserved
[    0.000000]   Normal zone: 16384 pages, LIFO batch:3
[    0.000000] sched_clock: 32 bits at 24MHz, resolution 41ns, wraps every 178956ms
[    0.000000] pcpu-alloc: s0 r0 d32768 u32768 alloc=1*32768
[    0.000000] pcpu-alloc: [0] 0 
[    0.000000] Built 1 zonelists in Zone order, mobility grouping on.  Total pages: 16256
[    0.000000] Kernel command line: console=ttyAMA0 mem=64M lpj=0 root=/dev/nfs debug printk.time=1
[    0.000000] PID hash table entries: 256 (order: -2, 1024 bytes)
[    0.000000] Dentry cache hash table entries: 8192 (order: 3, 32768 bytes)
[    0.000000] Inode-cache hash table entries: 4096 (order: 2, 16384 bytes)
[    0.000000] Memory: 61064K/65536K available (2732K kernel code, 153K rwdata, 708K rodata, 114K init, 111K bss, 4472K reserved)
[    0.000000] Virtual kernel memory layout:
[    0.000000]     vector  : 0xffff0000 - 0xffff1000   (   4 kB)
[    0.000000]     fixmap  : 0xfff00000 - 0xfffe0000   ( 896 kB)
[    0.000000]     vmalloc : 0xc4800000 - 0xff000000   ( 936 MB)
[    0.000000]     lowmem  : 0xc0000000 - 0xc4000000   (  64 MB)
[    0.000000]     modules : 0xbf000000 - 0xc0000000   (  16 MB)
[    0.000000]       .text : 0xc0008000 - 0xc03647b8   (3442 kB)
[    0.000000]       .init : 0xc0365000 - 0xc03819dc   ( 115 kB)
[    0.000000]       .data : 0xc0382000 - 0xc03a8740   ( 154 kB)
[    0.000000]        .bss : 0xc03a8740 - 0xc03c4624   ( 112 kB)
[    0.000000] NR_IRQS:224
[    0.000000] VIC @f1140000: id 0x00041190, vendor 0x41
[    0.000000] FPGA IRQ chip 0 "SIC" @ f1003000, 13 irqs
[    0.000000] Console: colour dummy device 80x30
[    1.562791] Calibrating delay loop... 6.52 BogoMIPS (lpj=32640)
[    2.099243] pid_max: default: 32768 minimum: 301
[    2.130496] Mount-cache hash table entries: 512
[    2.273627] CPU: Testing write buffer coherency: ok
[    2.315394] Setting up static identity map for 0xc0299720 - 0xc0299778
[    2.672739] VFP support v0.3: no double precision support
[    2.734862] NET: Registered protocol family 16
[    2.873316] DMA: preallocated 256 KiB pool for atomic coherent allocations
[    3.345429] Serial: AMBA PL011 UART driver
[    3.362809] dev:f1: ttyAMA0 at MMIO 0x101f1000 (irq = 44, base_baud = 0) is a PL011 rev1
[    3.628990] console [ttyAMA0] enabled
UARTIMSC: 0x00000000
UARTICR: 0x0000ffff
[    3.681619] dev:f2: ttyAMA1 at MMIO 0x101f2000 (irq = 45, base_baud = 0) is a PL011 rev1
UARTIMSC: 0x00000000
UARTICR: 0x0000ffff
[    3.735775] dev:f3: ttyAMA2 at MMIO 0x101f3000 (irq = 46, base_baud = 0) is a PL011 rev1
UARTIMSC: 0x00000000
UARTICR: 0x0000ffff
[    3.796222] fpga:09: ttyAMA3 at MMIO 0x10009000 (irq = 70, base_baud = 0) is a PL011 rev1
[    4.796654] bio: create slab <bio-0> at 0
[    5.084143] Switched to clocksource timer3
[    6.655203] NET: Registered protocol family 2
[    6.825171] TCP established hash table entries: 512 (order: 0, 4096 bytes)
[    6.840762] TCP bind hash table entries: 512 (order: -1, 2048 bytes)
[    6.853819] TCP: Hash tables configured (established 512 bind 512)
[    6.871232] TCP: reno registered
[    6.877328] UDP hash table entries: 256 (order: 0, 4096 bytes)
[    6.891042] UDP-Lite hash table entries: 256 (order: 0, 4096 bytes)
[    6.958240] NET: Registered protocol family 1
[    7.029488] RPC: Registered named UNIX socket transport module.
[    7.035967] RPC: Registered udp transport module.
[    7.041442] RPC: Registered tcp transport module.
[    7.047158] RPC: Registered tcp NFSv4.1 backchannel transport module.
java.lang.IllegalArgumentException: Sorry, not implemented.
pc:c016ed88
Disconnected from the target VM, address: '127.0.0.1:52615', transport: 'socket'
Exception in thread "main" java.lang.IllegalArgumentException: Sorry, not implemented.
	at net.katsuster.semu.ARMv5.executeLdrbt(ARMv5.java:2625)
	at net.katsuster.semu.ARMv5.executeSubLdrStr(ARMv5.java:4227)
	at net.katsuster.semu.ARMv5.executeInst(ARMv5.java:3833)
	at net.katsuster.semu.ARMv5.execute(ARMv5.java:3814)
	at net.katsuster.semu.ARMv5.step(ARMv5.java:4961)
	at net.katsuster.semu.CPU.run(CPU.java:158)
	at net.katsuster.semu.Main.main(Main.java:222)

Process finished with exit code 1

空き時間でチマチマ実装して、ようやくLinuxブートの途中でクラッシュする、微妙な何かが動くところまで辿り着きました。

この先に進むにはldrt命令が要るようなので、いよいよサボっていたMMUを実装するときが来たようです。しかしまあCPUもMMUも周辺コアもスタブだらけでほぼ実装していないのに、よくここまで動きますね。Linuxってすごいのか適当なのか…。

方針

きっと古いCPUの方が単純だろうという単純な考えで、CPUはARM9（アーキテクチャで言うとARMv5）、ボードはARM Versatile-AB/PBという開発ボードをエミュレーションのターゲットにしました。ボードの実物見たこと無いですが、実物が要る機会なんてそうそう無いでしょう…。

なんとCPU、周辺機器、ボードの仕様書、マニュアルは、ARMのサイトからタダでダウンロードできてしまいます。アカウントの登録は要りますけど、タダなのが素晴らしいです。

どこから作るか

よっしゃ、俺も作ったるわ！という変な人はまず居ないと思いますが、もし作るならCPUの作り込みは程々にして、周辺機器、特にタイマー、UART辺りと繋がる方法を先に考えることをオススメします。

Linuxのブートメッセージを拝むにはCPUだけではダメで、UARTを作らないとメッセージが出力できませんし、タイマー割り込みが入らないとBogoMIPSの測定が終わらず、ブートメッセージが出る前にカーネルがハング（※）してしまうからです。

なぜブートメッセージにこだわるかというと、趣味のやる気を維持するには「進んでる、楽しい！」という感覚を繰り返すことが大事でして、エミュレータならLinuxのブートメッセージがどこまで出たか？という指標が、作業の手応えとして結構良いからです。

動くのか動かないのかさっぱりわからないまま、延々と実装する方が楽しいという方は、どこから作り始めても問題ないです。が、大抵の方にとってそれは「苦行」以外の何者でもないですよね。

（※）コマンドラインにlpj=1000とか0以外の数字を与えてBogoMIPSの測定をスキップする、という手もあります。

編集者:すずき(2024/03/05 02:31)

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2014年8月2日

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リアル脱出ゲーム

友人とリアル脱出ゲーム（主催社SCRAPのサイト）に行きました。参加したのは「DEATH NOTE×リアル脱出ゲーム新世界の神からの脱出」です。友人にチケットを取ってもらい、一人3,100円でした。

「脱出ゲーム」の名から、部屋をうろうろしてヒントを探し回るゲームかな？と思っていましたが、部屋を探し回ることはほぼなく、机でクイズを解き続けるタイプのゲームでした。

制限時間は1時間で残念ながらクリアはならず。最後に答えを教えてくれますが、解けるのかこんなの？って難易度でした。レイトン教授シリーズが得意な人は、向いているかも知れません。

登録商標

調べていて、へえーと思ったのが「リアル脱出ゲーム」がSCRAPの登録商標になっていることでした。この単語はおいそれと使えないようです。

このゲームを説明できる単語は無いような気がします。もしNHKが取り上げるとしたら、このゲームを何と言って紹介するのだろうか？？

編集者:すずき(2014/08/03 17:25)

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2014年7月27日

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いつものパターン

すげえ数売れて超儲かるお花畑計画が承認され、多額の予算と人材が投入され、不発に終わり超絶赤字を叩き出す、までがテンプレになっている。

でも一度も「今回は失敗だった、何故か考えよう」という会議を見たことがありません。

実はやっていたとしても、こう何度も同じ失敗ばかりでは、何も学べていないも同然なので根底を変えるべきでしょうし、失敗は恥ずかしいからと、誤魔化したり、自然消滅させているならさらに悪いでしょう。学習能力ゼロです。

組織も生き物も、学習能力のないやつは早々に死にます。ヤバいわこれ…。

メモ: 技術系の話はFacebookから転記しておくことにした。

編集者:すずき(2015/11/29 19:55)

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2014年7月26日

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Javaのabstractはどこに書く？

Javaの修飾子（Modifiers）は、どの順で書くのが正解あるいは推奨なのでしょうか？Javaの修飾子は適当な順に書いてもエラーにならないため、私は今まで何も気にせずに書いていたのですが、不思議なことに一度気にし始めたら気になって仕方ありません。

ググって見るとabstract publicと書く人が多い（デー - public、abstract、static、finalなど修飾子の順番 (3)より）そうです。自身の今まで書いたコードを見直しても、abstract publicと書くことが多かったため、特に意識せず書くとこんな順になるんだろうか、と思ったりしていたのですが…。

Java言語仕様3版を見るとpublic abstractが例として出ているではありませんか。どうやら仕様策定した人としてはpublic abstractと書いて欲しいようです。

なお、コード例は8.4.3.1 abstract Methodsにあります。

編集者:すずき(2014/07/26 23:31)