3장 일단 시작하기

3.1 리셋 벡터

• ARM 코어에 전원이 들어가면 → 리셋 벡터(0x00000000) 32비트를 read

• 메모리 주소 0x00000000에 명령어 넣어주기

• Entry.S

.text /*.end가 나올 때까지 모든 코드가 text 섹션 */
  .code 32 /* 명령어 크기 32비트 */

  .global vector_start /* .global == extern "vector_start" 레이블 선언 */
  .global vector_end /* "vector_end" 레이블 선언 */

  vector_start:
    mov   r0,r1 /* R1 register copy to R0 register */
  vector_end:
    .space 1024,0 /* 해당 위치부터 1024바이트를 0으로 채우기 */
.end /* text 섹션 끝 */

• 어셈블러로 컴파일한 후 바이너리 덤프



arm-none-eabi-as -march=armv7-a -mcpu=cortex-a8 -o Entry.o ./Entry.S // 어셈블리어 컴파일
arm-none-eabi-objcopy -O binary Entry.o Entry.bin // 바이너리 추출
hexdump Entry.bin // 바이너리 출력

3.2 실행 파일 만들기

• QEMU가 펌웨어 파일을 읽고 부팅 하려면 입력으로 지정한 펌웨어 바이너리 파일이 ELF 파일 형식이어야 한다. (Entry.o 파일도 ELF 파일)

• ELF 파일을 만들려면 링커(Linker)의 도움이 필요하다.

• 링커가 동작하려면 링커에 정보를 던져주는 링커 스크립트가 필요하다.

• 링커 스크립트 navilos.ld

ENTRY(vector_start)
SECTIONS
{
        . = 0x0;


        .text :
        {
                *(vector_start)
          *(.text .rodata)
        }
        .data :
        {
                *(.data)
        }
        .bss :
  {
          *(.bss)
        }
}

• 링커로 실행 파일 만들기

ubuntu@ubuntu:~/navilos$ arm-none-eabi-ld -n -T ./navilos.ld -nostdlib -o navilos.axf boot/Entry.o
/* 
-n 링커에 섹션 자동 정렬 금지 지시
-nostdlib  링커가 자동으로 표준 라이브러리 링킹 금지 지시
링커 동작 완료하면 navilos.axf 생성
*/
ubuntu@ubuntu:~/navilos$ arm-none-eabi-objdump -D navilos.axf 
/* 
디어셈블 
*/

3.3 QEMU에서 실행해 보기

• gdb와 QEMU 연결하기

sudo apt install -y gdb-multiarch

qemu-system-arm -M realview-pb-a8 -kernel navilos.axf -S -gdb tcp::1234,ipv4 
/* 타겟 보드에 실행파일 업로드, 포트 1234 원격 GDB 허용*/

gdb-multiarch navilos.axf // gdb와 QEMU 연결

(gdb) target remote:1234 // 1234번 포트로 원격 디버깅 연결
(gdb) x/4xb 0 
.
.
.
0x0 <vector_start>:     0x01    0x00    0xa0    0xe1

3.4 빌드 자동화 하기

ARCH = armv7-a // RealViewPB의 아키텍쳐 
MCPU = cortex-a8 // RealViewPB의 CPU

/* 툴체인 */
CC = arm-none-eabi-gcc 
AS = arm-none-eabi-as
LD = arm-none-eabi-ld
OC = arm-none-eabi-objcopy

LINKER_SCRIPT = ./navilos.ld

/* make built-in */
ASM_SRCS = $(wildcard boot/*.S) // boot/Entry.S -> ASM_SRCS
ASM_OBJS = $(patsubst boot/%.S, build/%.o, $(ASM_SRCS)) // build/Entry.o -> ASM_OBJS

navilos = build/navilos.axf
navilos_bin = build/navilos.bin

.PHONY: all clean run debug gdb

all: $(navilos)

clean:
	@rm -fr build

run: $(navilos)
	qemu-system-arm -M realview-pb-a8 -kernel $(navilos)

debug: $(navilos)
	qemu-system-arm -M realview-pb-a8 -kernel $(navilos) -S -gdb tcp::1234,ipv4

gdb:
	gdb-multiarch $(navilos)

$(navilos): $(ASM_OBJS) $(LINKER_SCRIPT)
	$(LD) -n -T $(LINKER_SCRIPT) -o $(navilos) $(ASM_OBJS)
	$(OC) -O binary $(navilos) $(navilos_bin)

build/%.o: boot/%.S
	mkdir -p $(shell dirname $@)
	$(AS) -march=$(ARCH) -mcpu=$(MCPU) -g -o $@ $<
	
	// gdb와 QEMU 연결하기 -> 확인

3.5 하드웨어 정보 읽어오기 - 데이터시트를 읽는 방법

• 하드웨어에서 정보를 읽어오고, 쓰는 것은 레지스터를 이용한다.

• 레지스터는 하드웨어가 소프트웨어와 상호작용하는 인터페이스

• 데이터 시트란 해당 하드웨어가 가지고 있는 레지스터 목록과 설명, 레지스터에 어떤 값을 썼을 때 어떻게 동작하는지 기술한 문서 (물론 다른 정보도 많음)

.text
	.code 32

	.global vector_start
	.global vector_end

	vector_start:
		LDR R0, =0x10000000 // R0에 0x10000000 (ID Register) 넣기
		LDR R1, [R0] // R0에 저장된 메모리 주소(0x10000000)에서 값을 읽어서 R1에 넣기
	vector_end:
		.space 1024,0
.end

ID Register, SYS_ID

• 하드웨어를 식별할 수 있는 정보를 가진 읽기 전용 레지스터

• 주로 펌웨어가 여러 하드웨어를 대응해야 할 때 사용 (하드웨어 구분)

• 32비트 머신의 모든 레지스터는 32비트를 목적에 맞게 나눠서 사용 (8, 4, 4, 12, 4비트씩 할당)

make
make debug

gdb-multiarch navilos.axf // gdb와 QEMU 연결
(gdb) target remote:1234 // 1234번 포트로 QEMU 디버깅 소켓 연결
(gdb) file navilos.axf // navilos.axf 읽기
(gdb) list // 디버깅 심벌 확인
(gdb) info register // 레지스터 정보

• 0x1780500 → 00000001 01111000 00000101 00000000 (32비트)

• HBI, ARCH 데이터 시트와 일치

• 보드 리비전 Rev A, 버스 아키텍처는 AXI(Advanced eXtensible Inter-face)로 확인