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kubo39's blog

ただの雑記です。

Rustのlockとスコープのはなし

こういうコードを書くと当然deadlockする。

use std::sync::{Mutex, Arc};
use std::thread;

fn main() {
    let mut lock = Arc::new(Mutex::new(false));
    let mut cloned_lock = lock.clone();

    let th = thread::spawn(move|| {
        loop {
            let mut quit = cloned_lock.lock().unwrap();
            if *quit {
                break;
            }
        }
    });

    let mut quit = lock.lock().unwrap();
    *quit = true;
    th.join();
}

ロックの開放タイミングをいいかんじにするとちゃんと終了する。

use std::sync::{Mutex, Arc};
use std::thread;

fn main() {
    let mut lock = Arc::new(Mutex::new(false));
    let mut cloned_lock = lock.clone();

    let th = thread::spawn(move|| {
        loop {
            let mut quit = cloned_lock.lock().unwrap();
            if *quit {
                break;
            }
        }
    });

    {
        let mut quit = lock.lock().unwrap();
        *quit = true;
    }
    th.join();
}

さらに以下のように書いても正常に終了する。 おそらく変数スコープのところで獲得・開放してくれているのだろう。

use std::sync::{Mutex, Arc};
use std::thread;

fn main() {
    let mut lock = Arc::new(Mutex::new(false));
    let mut cloned_lock = lock.clone();

    let th = thread::spawn(move|| {
        loop {
            let mut quit = cloned_lock.lock().unwrap();
            if *quit {
                break;
            }
        }
    });

    *lock.lock().unwrap() = true;
    th.join();
}

Rustいいなあ。

D言語のfizzbuzz

FizzBuzzD言語っぽいコードってどんな感じだろう、みたいな話があったので。

ふつうに実行時に書くならこんな感じだろうか。

import std.algorithm;
import std.conv : to;
import std.range;
import std.stdio;

void main()
{
    1.iota(16)
        .map!(a => (! (a % 15)) ? "fizzbuzz" : (! (a % 5)) ? "buzz" : (! (a % 3)) ? "fizz" : a.to!string )
        .each!writeln;
}

コンパイルfizzbuzzの愚直な例。 dmd -c fizzbuzz.d で動かせばコンパイル時出力確認できる。

string fizzbuzz(alias n)()
{
    import std.conv : to;
    static if (!(n % 15)) return "fizzbuzz";
    static if (!(n % 3)) return "fizz";
    static if (!(n % 5)) return "buzz";
    else return n.to!string;
}

pragma(msg, fizzbuzz!1);
pragma(msg, fizzbuzz!2);
pragma(msg, fizzbuzz!3);
pragma(msg, fizzbuzz!4);
pragma(msg, fizzbuzz!5);
pragma(msg, fizzbuzz!6);
pragma(msg, fizzbuzz!7);
pragma(msg, fizzbuzz!8);
pragma(msg, fizzbuzz!9);
pragma(msg, fizzbuzz!10);
pragma(msg, fizzbuzz!11);
pragma(msg, fizzbuzz!12);
pragma(msg, fizzbuzz!13);
pragma(msg, fizzbuzz!14);
pragma(msg, fizzbuzz!15);

再帰で書くのは逆順しか思いつかなかった。

auto fizzbuzz(alias n)()
{
    import std.conv : to;
    static if (n == 1) {
        return 1;
    } else {
        pragma(msg, (! (n % 15)) ? "fizzbuzz" : (! (n % 5)) ? "buzz" : (! (n % 3)) ? "fizz" : n.to!string );
        return fizzbuzz!(n - 1);
    }
}

pragma(msg, fizzbuzz!15);

Dconf 2017

1日目

Pointers Gone Wild: Memory Safety and D

Dの作者ことうぉるたん。コンパイラの恩恵を受けるために生ポインタを使うよりref使おうとか、return refやscope refとか追加した理由とか。スライドにD言語くんがいっぱい登場していた。

D as a Better C

基本CとC++のdisで、後半はプロジェクトの事例紹介。

あまり期待していたような話はなかった。

Where Art Thou, LDC?

LDCのコアコミッタの人。発表はみてなくて後でスライドみただけ。ここ最近のLDCの活動(PGOとかLTOとか最適化のためのオプション追加したとか)、将来のビジョン(リンカにLLD使いたいとか、RISC-Vターゲットとか)。

What’s GNU With You?

GDCの中の人の話。GDBD言語サポートがんばってる話(DWARF対応まわりとか、addr2line -C dlangとかでdemangleできるよ、とか)。

ABIまわりとか大変そうな雰囲気だった。ここは難しくてあまり理解できていない。

2日目

Things that Matter

C++界の巨人、Scott Mayer。効率/速度、ポータビリティ、ツーラビリティ(リファクタリングの話は笑った)、一貫性、インターフェース、コミットメントがこれまでの経験を通して大事であるという話。

Abstraction Cost and Optimization (LDC)

LDCでどういう風に書けば効率的なアセンブラを吐けるかという話。

いろいろなケースが紹介されている。単純な例でいうと、以下のコードはコンパイル時に定数になって効率的なアセンブラになっている。

import std.algorithm;
import std.range;

auto hoge()
{
    return 1.iota(10)
        .map!(a => a * 2)
        .reduce!((a, b) => a + b);
}

/*
$ ldc2 -c -O3 hoge.d
$ objdump -Cd -Mintel hoge.o
...
0000000000000000 <_D4hoge4hogeFNaNfZi>:
   0:   b8 5a 00 00 00          mov    eax,0x5a
   5:   c3                      retq
...
 */

また、以下のコードはポインタでなくrefを使うとループのところでSIMDを使ったアセンブラを生成してくれる。

extern(C):

alias T = int;
T byPtr(int n, T *c)
{
    T sum;
    for (int i=0; i < n; ++i)
        if (i > 0)
            sum += *c;
    return sum;
}

T byRef(int n, ref T c)
{
    T sum;
    for (int i=0; i < n; ++i)
        if (i > 0)
            sum += c;
    return sum;
}

int f(int);

生成されるアセンブリ (これもobjdump -Cd -Mintel)

ref.o:     file format elf64-x86-64


Disassembly of section .text.byPtr:

0000000000000000 <byPtr>:
   0:   31 c0                   xor    eax,eax
   2:   85 ff                   test   edi,edi
   4:   7e 56                   jle    5c <byPtr+0x5c>
   6:   8d 47 ff                lea    eax,[rdi-0x1]
   9:   89 f9                   mov    ecx,edi
   b:   83 e1 03                and    ecx,0x3
   e:   83 f8 03                cmp    eax,0x3
  11:   73 06                   jae    19 <byPtr+0x19>
  13:   31 d2                   xor    edx,edx
  15:   31 c0                   xor    eax,eax
  17:   eb 28                   jmp    41 <byPtr+0x41>
  19:   29 cf                   sub    edi,ecx
  1b:   31 d2                   xor    edx,edx
  1d:   31 c0                   xor    eax,eax
  1f:   90                      nop
  20:   85 d2                   test   edx,edx
  22:   7e 02                   jle    26 <byPtr+0x26>
  24:   03 06                   add    eax,DWORD PTR [rsi]
  26:   85 d2                   test   edx,edx
  28:   78 02                   js     2c <byPtr+0x2c>
  2a:   03 06                   add    eax,DWORD PTR [rsi]
  2c:   83 fa ff                cmp    edx,0xffffffff
  2f:   7c 02                   jl     33 <byPtr+0x33>
  31:   03 06                   add    eax,DWORD PTR [rsi]
  33:   83 fa fe                cmp    edx,0xfffffffe
  36:   7c 02                   jl     3a <byPtr+0x3a>
  38:   03 06                   add    eax,DWORD PTR [rsi]
  3a:   83 c2 04                add    edx,0x4
  3d:   39 d7                   cmp    edi,edx
  3f:   75 df                   jne    20 <byPtr+0x20>
  41:   85 c9                   test   ecx,ecx
  43:   74 17                   je     5c <byPtr+0x5c>
  45:   f7 d9                   neg    ecx
  47:   66 0f 1f 84 00 00 00    nop    WORD PTR [rax+rax*1+0x0]
  4e:   00 00 
  50:   85 d2                   test   edx,edx
  52:   7e 02                   jle    56 <byPtr+0x56>
  54:   03 06                   add    eax,DWORD PTR [rsi]
  56:   ff c2                   inc    edx
  58:   ff c1                   inc    ecx
  5a:   75 f4                   jne    50 <byPtr+0x50>
  5c:   c3                      ret    

Disassembly of section .text.byRef:

0000000000000000 <byRef>:
   0:   31 c0                   xor    eax,eax
   2:   85 ff                   test   edi,edi
   4:   0f 8e 58 01 00 00       jle    162 <byRef+0x162>
   a:   8b 0e                   mov    ecx,DWORD PTR [rsi]
   c:   31 f6                   xor    esi,esi
   e:   83 ff 08                cmp    edi,0x8
  11:   b8 00 00 00 00          mov    eax,0x0
  16:   0f 82 34 01 00 00       jb     150 <byRef+0x150>
  1c:   89 fa                   mov    edx,edi
  1e:   83 e2 f8                and    edx,0xfffffff8
  21:   b8 00 00 00 00          mov    eax,0x0
  26:   0f 84 24 01 00 00       je     150 <byRef+0x150>
  2c:   66 0f 6e c1             movd   xmm0,ecx
  30:   66 0f 70 c0 00          pshufd xmm0,xmm0,0x0
  35:   8d 42 f8                lea    eax,[rdx-0x8]
  38:   c1 e8 03                shr    eax,0x3
  3b:   44 8d 40 01             lea    r8d,[rax+0x1]
  3f:   41 83 e0 01             and    r8d,0x1
  43:   85 c0                   test   eax,eax
  45:   0f 84 a4 00 00 00       je     ef <byRef+0xef>
  4b:   41 8d 70 ff             lea    esi,[r8-0x1]
  4f:   29 c6                   sub    esi,eax
  51:   66 0f ef e4             pxor   xmm4,xmm4
  55:   66 0f 6f 2d 00 00 00    movdqa xmm5,XMMWORD PTR [rip+0x0]        # 5d <byRef+0x5d>
  5c:   00 
  5d:   66 44 0f 6f 05 00 00    movdqa xmm8,XMMWORD PTR [rip+0x0]        # 66 <byRef+0x66>
  64:   00 00 
  66:   66 44 0f 6f 0d 00 00    movdqa xmm9,XMMWORD PTR [rip+0x0]        # 6f <byRef+0x6f>
  6d:   00 00 
  6f:   66 44 0f 6f 15 00 00    movdqa xmm10,XMMWORD PTR [rip+0x0]        # 78 <byRef+0x78>
  76:   00 00 
  78:   66 44 0f 6f 1d 00 00    movdqa xmm11,XMMWORD PTR [rip+0x0]        # 81 <byRef+0x81>
  7f:   00 00 
  81:   66 0f ef f6             pxor   xmm6,xmm6
  85:   66 0f ef db             pxor   xmm3,xmm3
  89:   0f 1f 80 00 00 00 00    nop    DWORD PTR [rax+0x0]
  90:   66 0f 6f cd             movdqa xmm1,xmm5
  94:   66 41 0f fe c8          paddd  xmm1,xmm8
  99:   66 0f 6f d5             movdqa xmm2,xmm5
  9d:   66 41 0f fe d1          paddd  xmm2,xmm9
  a2:   66 0f 6f fd             movdqa xmm7,xmm5
  a6:   66 0f 66 fc             pcmpgtd xmm7,xmm4
  aa:   66 0f 66 cc             pcmpgtd xmm1,xmm4
  ae:   66 0f db f8             pand   xmm7,xmm0
  b2:   66 0f db c8             pand   xmm1,xmm0
  b6:   66 0f fe fe             paddd  xmm7,xmm6
  ba:   66 0f fe cb             paddd  xmm1,xmm3
  be:   66 0f 6f dd             movdqa xmm3,xmm5
  c2:   66 41 0f fe da          paddd  xmm3,xmm10
  c7:   66 41 0f fe eb          paddd  xmm5,xmm11
  cc:   66 0f 66 d4             pcmpgtd xmm2,xmm4
  d0:   66 0f 66 dc             pcmpgtd xmm3,xmm4
  d4:   66 0f db d0             pand   xmm2,xmm0
  d8:   66 0f db d8             pand   xmm3,xmm0
  dc:   66 0f fe d7             paddd  xmm2,xmm7
  e0:   66 0f fe d9             paddd  xmm3,xmm1
  e4:   83 c6 02                add    esi,0x2
  e7:   66 0f 6f f2             movdqa xmm6,xmm2
  eb:   75 a3                   jne    90 <byRef+0x90>
  ed:   eb 10                   jmp    ff <byRef+0xff>
  ef:   66 0f ef d2             pxor   xmm2,xmm2
  f3:   66 0f 6f 2d 00 00 00    movdqa xmm5,XMMWORD PTR [rip+0x0]        # fb <byRef+0xfb>
  fa:   00 
  fb:   66 0f ef db             pxor   xmm3,xmm3
  ff:   45 85 c0                test   r8d,r8d
 102:   74 28                   je     12c <byRef+0x12c>
 104:   66 0f 6f 0d 00 00 00    movdqa xmm1,XMMWORD PTR [rip+0x0]        # 10c <byRef+0x10c>
 10b:   00 
 10c:   66 0f fe cd             paddd  xmm1,xmm5
 110:   66 0f ef e4             pxor   xmm4,xmm4
 114:   66 0f 66 cc             pcmpgtd xmm1,xmm4
 118:   66 0f db c8             pand   xmm1,xmm0
 11c:   66 0f fe d9             paddd  xmm3,xmm1
 120:   66 0f 66 ec             pcmpgtd xmm5,xmm4
 124:   66 0f db e8             pand   xmm5,xmm0
 128:   66 0f fe d5             paddd  xmm2,xmm5
 12c:   66 0f fe d3             paddd  xmm2,xmm3
 130:   66 0f 70 c2 4e          pshufd xmm0,xmm2,0x4e
 135:   66 0f fe c2             paddd  xmm0,xmm2
 139:   66 0f 70 c8 e5          pshufd xmm1,xmm0,0xe5
 13e:   66 0f fe c8             paddd  xmm1,xmm0
 142:   66 0f 7e c8             movd   eax,xmm1
 146:   39 fa                   cmp    edx,edi
 148:   89 d6                   mov    esi,edx
 14a:   74 16                   je     162 <byRef+0x162>
 14c:   0f 1f 40 00             nop    DWORD PTR [rax+0x0]
 150:   85 f6                   test   esi,esi
 152:   ba 00 00 00 00          mov    edx,0x0
 157:   0f 4f d1                cmovg  edx,ecx
 15a:   01 d0                   add    eax,edx
 15c:   ff c6                   inc    esi
 15e:   39 f7                   cmp    edi,esi
 160:   75 ee                   jne    150 <byRef+0x150>
 162:   c3                      ret    

あと最適化で消されたくないときは import ldc.attributes; して @weak を使うとかけっこう盛りだくさんでよかった。

まとめ?

システムプログラミング言語らしく比較的低レイヤの話が多かった印象。プロダクション事例とかはあまりない気がするが、自分のみるセクションが偏っているだけな気もする。

LDCの最適化とか

http://robert.ocallahan.org/2017/04/rust-optimizations-that-c-cant-do_5.html これを読んで、なるほどRustだとこういう最適化できるのね、というのを学んだ。

Here it’s really clear that the semantics of Rust are making this optimization possible. In C++ v could be a reference to a global variable which is modified by the callback function, in which case hoisting the load would be incorrect.

とあるようにC++だとvがグローバル変数への参照として渡ってきて、callbackの中でそのグローバル変数の書き換えが起こるかもしれない。 なんで、 [qword ptr [r15]] って感じでメモリをloadしにいく必要がある。(下にあるLink-Time Optimizationうんぬんは無視する)。 まあそのへんはsharedを型に使ってるD言語LDCあたりだとどうなるんだろう(まあなんとなくC++と同じ気はする、グローバル変数触らないという制約はもてない気する)と思ってざっとみてみる。

こういうコードを書く。

ulong foo(ref ulong v, void function() callback)
{
    auto sum = 0;
    foreach (_; 0 .. 100)
    {
        sum += v;
        callback();
    }
    return sum;
}

ldc2 -O -c -ofldc.o hoge.d でコンパイルした結果:

...
  20:   41 03 1e                add    (%r14),%ebx
  23:   41 ff d7                callq  *%r15
  26:   48 63 db                movslq %ebx,%rbx
  29:   ff cd                   dec    %ebp
  2b:   75 f3                   jne    20 <_D4hoge3fooFKmPFZvZm+0x20>

ループ内部はこんな感じになっていて、まあ期待(?)した結果になった。Intel記法だとdword ptrとかだしてくれるんでそっちしたほうがよかったかもしれない。

ただRust側で addとcallが並び変わってる理由がよくわかってない。

追記

pure を使えばいけるかも、と思ったが

$ ldc2 -O -c -ofldc.o hoge.d
hoge.d(7): Error: pure function 'hoge.foo' cannot call impure function pointer 'callback'

のように怒られてしまった。

ちょっと書き換えてみる。

ulong foo(ref ulong v, int function() pure nothrow @safe @nogc callback)
{
    auto sum = 0;
    foreach (_; 0 .. 100)
    {
        sum += v;
        callback();
    }
    return sum;
}

それでもだめなようだ

$ ldc2 -O -c -ofldc.o hoge.d
$ objdump -Mintel  -Cd ldc.o  # Intel記法にした
...
  20:   41 03 1e                add    ebx,DWORD PTR [r14]
  23:   41 ff d7                call   r15
  26:   48 63 db                movsxd rbx,ebx
  29:   ff cd                   dec    ebp
  2b:   75 f3                   jne    20 <_D4hoge3fooFKmPFNaNbNiNfZiZm+0x20>

STM32F3DISCOVERYをD言語から動かすライブラリを書いている

https://github.com/kubo39/stm32f3discovery で開発中です。LDC前提。とりあえずのLチカと例外のハンドリングとかくらいしかない。

Lチカのプログラムはこんな感じの抽象度で書けます。

import stm32f3discovery;

import led;

extern(C):
@nogc:
nothrow:

void main()
{
    pragma(LDC_never_inline);

    initLED();

    auto ticks = 100000;

    while (true)
    {
        foreach (led; LEDS)
        {
            led.on;
            delay(ticks);
            led.off();
            delay(ticks);
        }
    }
}

void delay(uint n)
{
    pragma(LDC_never_inline);

    foreach (_; 0 .. n)
    {
        // nop
    }
}

作り途中なので課題はまだまだありますが、とりあえず見えてる範囲だと

  • 実装量が全然足りてない(タイマーとかusartとか追加していく)
  • モジュール構成がいけてない
  • 内部の抽象化がまだまだきれいになってない(生ポインタでやってたり)
  • パッケージングどうするか(dubが貧弱に感じてるのでMakefileにしてるけど別によかったのかもしれない)
  • ARM Cortex-Mで共通のものはさらにライブラリとしてくくりだしたい

とかです。

こういうことをやってるとグローバルな変数参照しようとしてlibcの __tls_get_addr を参照しようとしてリンクエラーになったり、extern(D) void mainにしてて_Dmainとして扱われて死亡したりD言語特有の現象に遭遇して詳しくなれたりするようなしないような気がします。

他にあとD言語のいいところ、、

  • C言語との連携
  • @nogcやnothrowのチェックがある
  • Cよりずっとstrictな型検査
  • typeofとか使うと便利

今のところこのへんですかね。

STM32F3DISCOVERYでD言語のプログラムを実行する

LDCコンパイラでSTM32F3DISCOVERYで動く実行バイナリをいろいろ苦労して作成した。

いろいろ罠

LDCのオプションは罠だらけ

  • march,mcpuの指定が罠

    • float ABIの指定でhardが効かない、soft ABIとなる
  • tripleの指定が罠

    • eabihfだとsoft-float ABIになってしまう、gnueabihfにしないとhard-float ABIにならない
    • OSにunknownが指定できない、とりあえずLinuxを指定して対処

リンカまわり

  • エントリポイントが0x1バイトずれる
    • 外から-eオプションで渡して回避

最終的な実行バイナリ生成コマンド

$ ldc2 -mtriple=thumbv7em-none-linux-gnueabihf -c -g main.d
$ arm-none-eabi-ld main.o -e 0x8000009 -T layout.ld -nostartfiles -o main.bin

readelfの出力

  • エントリポイントアドレスが 0x8000009 になっていればよい
  • Float ABIが hard-float ABI になっていればよい
$ arm-none-eabi-readelf -h main.bin
ELF Header:
  Magic:   7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  Class:                             ELF32
  Data:                              2's complement, little endian
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI Version:                       0
  Type:                              EXEC (Executable file)
  Machine:                           ARM
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x8000009
  Start of program headers:          52 (bytes into file)
  Start of section headers:          1548 (bytes into file)
  Flags:                             0x5000400, Version5 EABI, hard-float ABI
  Size of this header:               52 (bytes)
  Size of program headers:           32 (bytes)
  Number of program headers:         2
  Size of section headers:           40 (bytes)
  Number of section headers:         16
  Section header string table index: 13

objdumpの出力

このような内容になった

$ arm-none-eabi-objdump -Cd main.bin

main.bin:     file format elf32-littlearm


Disassembly of section .text:

08000000 <_reset-0x8>:
 8000000:       2000a000        .word   0x2000a000
 8000004:       08000009        .word   0x08000009

Disassembly of section _reset:

08000008 <_reset>:
 8000008:       b082            sub     sp, #8
 800000a:       202a            movs    r0, #42 ; 0x2a
 800000c:       9000            str     r0, [sp, #0]
 800000e:       9001            str     r0, [sp, #4]
 8000010:       e7ff            b.n     8000012 <_reset+0xa>
 8000012:       2000            movs    r0, #0
 8000014:       2800            cmp     r0, #0
 8000016:       d102            bne.n   800001e <_reset+0x16>
 8000018:       e7ff            b.n     800001a <_reset+0x12>
 800001a:       e7ff            b.n     800001c <_reset+0x14>
 800001c:       e7f9            b.n     8000012 <_reset+0xa>
 800001e:       b002            add     sp, #8
 8000020:       4770            bx      lr

OpenOCD

APTで入れたものであればこのような表示になる。

$ openocd -f board/stm32f3discovery.cfg
Open On-Chip Debugger 0.9.0 (2015-09-02-10:42)
Licensed under GNU GPL v2
For bug reports, read
        http://openocd.org/doc/doxygen/bugs.html
adapter speed: 1000 kHz
adapter_nsrst_delay: 100
Info : The selected transport took over low-level target control. The results mi
ght differ compared to plain JTAG/SWD
none separate
srst_only separate srst_nogate srst_open_drain connect_deassert_srst
Info : Unable to match requested speed 1000 kHz, using 950 kHz
Info : Unable to match requested speed 1000 kHz, using 950 kHz
Info : clock speed 950 kHz
Info : STLINK v2 JTAG v16 API v2 SWIM v0 VID 0x0483 PID 0x3748
Info : using stlink api v2
Info : Target voltage: 2.917647
Info : stm32f3x.cpu: hardware has 6 breakpoints, 4 watchpoints

GDB

GDBでリモート接続する。

$ arm-none-eabi-gdb -q main.bin
Reading symbols from main.bin...done.
(gdb) target remote :3333
Remote debugging using :3333

loadしてSTM32F3DISCOVERYボード上で実行できるようにする。

(gdb) load
Loading section .text, size 0x8 lma 0x8000000
Loading section _reset, size 0x1a lma 0x8000008
Start address 0x8000008, load size 34
Transfer rate: 244 bytes/sec, 17 bytes/write.

エントリポイントは 0x08000009 となっているが、プログラムの先頭は 0x08000008 となっている。

(gdb) disas
Dump of assembler code for function main:
=> 0x08000008 <+0>:     sub     sp, #8
   0x0800000a <+2>:     movs    r0, #42 ; 0x2a
   0x0800000c <+4>:     str     r0, [sp, #0]
   0x0800000e <+6>:     str     r0, [sp, #4]
   0x08000010 <+8>:     b.n     0x8000012 <main+10>
   0x08000012 <+10>:    movs    r0, #0
   0x08000014 <+12>:    cmp     r0, #0
   0x08000016 <+14>:    bne.n   0x800001e <main+22>
   0x08000018 <+16>:    b.n     0x800001a <main+18>
   0x0800001a <+18>:    b.n     0x800001c <main+20>
   0x0800001c <+20>:    b.n     0x8000012 <main+10>
   0x0800001e <+22>:    add     sp, #8
   0x08000020 <+24>:    bx      lr
End of assembler dump.

ステップ実行で確認。たしかに動いているようだ。

(gdb) step
main () at main.d:13
13          auto x = 42;
(gdb) print x
$1 = 42
(gdb) step
14          y = x;
(gdb) print y
$2 = 42
(gdb) print &x
$3 = (int *) 0x20009ff8
(gdb) print &y
$4 = (int *) 0x20009ffc

LDCでSTM32F103のバイナリを作ろうとしてできなかった

Cortex-M3な環境を試してみる。

コードを以下のようなかんじで用意する。

import ldc.attributes;

extern(C):
@nogc:
nothrow:

pragma(LDC_no_moduleinfo);

@(section("_reset"))
void _reset()
{
    int y = void;
    auto x = 42;
    y = x;

    while (true) {}
}
ENTRY(_reset);

MEMORY
{
  FLASH : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 128K
  RAM : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 20K
}

SECTIONS
{
  .text :
  {
    /* Vector table */
    LONG(ORIGIN(RAM) + LENGTH(RAM))
    LONG(_reset + 1);

    /* Reset handler */
    _reset = .;
    *(.text._reset)

    *(.text*)
  } > FLASH

  /DISCARD/ :
  {
    *(.ARM.exidx*)
    *(.note.gnu.build-id*)
  }
}

実行バイナリを作る。

$ ldc2 -march=thumb -mcpu=cortex-m3 -c -g main.d
$ arm-none-eabi-ld main.o -T layout.ld -nostartfiles -o main.bin

OpenOCDを起動。

$ openocd -f interface/stlink-v2-1.cfg -f target/stm32f1x.cfg

gdbからプログラムを流しこもうとするとコネクションが閉じられる。

$ gdb -q main.bin
Reading symbols from main.bin...done.
(gdb) target remote :3333
Remote debugging using :3333
warning: Architecture rejected target-supplied description
0xffbefdde in ?? ()
(gdb) load
Loading section .text, size 0x8 lma 0x8000000
Loading section _reset, size 0x1a lma 0x8000008
Start address 0x8000008, load size 34
Remote connection closed

OpenOCD側の出力はこのような感じ。

他のボードと同じように Error: gdb requested a non-existing register が出力されている。

Info : accepting 'gdb' connection on tcp/3333
target state: halted
target halted due to debug-request, current mode: Thread 
xPSR: 0x01000000 pc: 0x08000008 msp: 0x20005000
target state: halted
target halted due to breakpoint, current mode: Thread 
xPSR: 0x61000000 pc: 0x2000003a msp: 0x20005000
target state: halted
target halted due to debug-request, current mode: Thread 
xPSR: 0x01000000 pc: 0x08000008 msp: 0x20005000
Error: gdb requested a non-existing register
Info : dropped 'gdb' connection

objdumpで実行バイナリをみる。があまりよくわからない。

$ arm-none-eabi-objdump -Cd main.bin

main.bin:     file format elf32-littlearm


Disassembly of section .text:

08000000 <_reset-0x8>:
 8000000:       20005000        .word   0x20005000
 8000004:       08000009        .word   0x08000009

Disassembly of section _reset:

08000008 <_reset>:
 8000008:       b082            sub     sp, #8
 800000a:       202a            movs    r0, #42 ; 0x2a
 800000c:       9000            str     r0, [sp, #0]
 800000e:       9001            str     r0, [sp, #4]
 8000010:       e7ff            b.n     8000012 <_reset+0xa>
 8000012:       2000            movs    r0, #0
 8000014:       2800            cmp     r0, #0
 8000016:       d102            bne.n   800001e <_reset+0x16>
 8000018:       e7ff            b.n     800001a <_reset+0x12>
 800001a:       e7ff            b.n     800001c <_reset+0x14>
 800001c:       e7f9            b.n     8000012 <_reset+0xa>
 800001e:       b002            add     sp, #8
 8000020:       4770            bx      lr

Rustで生成したものとreadelfを比較してみると、エントリポイントが0x1ずれているのが問題であることに気づいた。

以前書いた記事 で書いたfloat ABIの違いは関係ないようだ。さらに調べるとLLVMに渡すtripleのオプションでhardware floatを渡すことができた。ただしOSの関してはunknownを渡すことはできないようだ。

エントリポイントを外からいじってみる。

$ ldc2 -mtriple=thumbv7m-none-linux-eabi -c -g main.d
$ arm-none-eabi-ld main.o -e 0x8000009 -T layout.ld -nostartfiles -o main.bin
$ arm-none-eabi-objdump -Cd main.bin

main.bin:     file format elf32-littlearm


Disassembly of section .text:

08000000 <_reset-0x8>:
 8000000:       20005000        .word   0x20005000
 8000004:       08000009        .word   0x08000009

Disassembly of section _reset:

08000008 <_reset>:
 8000008:       b082            sub     sp, #8
 800000a:       202a            movs    r0, #42 ; 0x2a
 800000c:       9000            str     r0, [sp, #0]
 800000e:       9001            str     r0, [sp, #4]
 8000010:       e7ff            b.n     8000012 <_reset+0xa>
 8000012:       2000            movs    r0, #0
 8000014:       2800            cmp     r0, #0
 8000016:       d102            bne.n   800001e <_reset+0x16>
 8000018:       e7ff            b.n     800001a <_reset+0x12>
 800001a:       e7ff            b.n     800001c <_reset+0x14>
 800001c:       e7f9            b.n     8000012 <_reset+0xa>
 800001e:       b002            add     sp, #8
 8000020:       4770            bx      lr

エントリポイントが0x8000009になっていることを確認。

$ arm-none-eabi-readelf -h main.bin
ELF Header:
  Magic:   7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  Class:                             ELF32
  Data:                              2's complement, little endian
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI Version:                       0
  Type:                              EXEC (Executable file)
  Machine:                           ARM
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x8000009
  Start of program headers:          52 (bytes into file)
  Start of section headers:          1548 (bytes into file)
  Flags:                             0x5000200, Version5 EABI, soft-float ABI
  Size of this header:               52 (bytes)
  Size of program headers:           32 (bytes)
  Number of program headers:         2
  Size of section headers:           40 (bytes)
  Number of section headers:         16
  Section header string table index: 13

しかし結果は変わらず、うまくいかなかった。