objdump

1. Use objdump dump ELF binary

如果想 dump 每個 section 的 binary, 可以用objdump

$ objdump --full-contents /bin/ls
Contents of section .interp:
 400238 2f6c6962 36342f6c 642d6c69 6e75782d  /lib64/ld-linux-
 400248 7838362d 36342e73 6f2e3200           x86-64.so.2.
Contents of section .note.ABI-tag:
 400254 04000000 10000000 01000000 474e5500  ............GNU.
 400264 00000000 02000000 06000000 18000000  ................
Contents of section .note.gnu.build-id:
 400274 04000000 14000000 03000000 474e5500  ............GNU.
 400284 64d095bc 6589dd4b fbf1c6d6 2ae98538  d...e..K....*..8
 400294 5965461b                             YeF.
Contents of section .gnu.hash:
 400298 03000000 72000000 02000000 07000000  ....r...........
 4002a8 a201400c 12010c3f 28440003 a8040000  ..@....?(D......
 4002b8 72000000 75000000 7e000000 281d8c1c  r...u...~...(...
 4002c8 4245d5ec bbe3927c bc50769e 86f0967c  BE.....|.Pv....|
 4002d8 96a08997 3cad390d d871581c ce2c6372  ....<.9..qX..,cr
 4002e8 e46241f5 b88df10e 39f28b1c 32c4f712  .bA.....9...2...
 4002f8 ead3ef0e b3a2f712                    ........

但示通常會印出一堆, 所以通常會看特定的section
可以用 objdump 找 section

$ objdump --section-headers /bin/ls

/bin/ls:     file format elf64-x86-64

Sections:
Idx Name          Size      VMA               LMA               File off  Algn
  0 .interp       0000001c  0000000000400238  0000000000400238  00000238  2**0
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  1 .note.ABI-tag 00000020  0000000000400254  0000000000400254  00000254  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  2 .note.gnu.build-id 00000024  0000000000400274  0000000000400274  00000274  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  3 .gnu.hash     00000068  0000000000400298  0000000000400298  00000298  2**3
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  4 .dynsym       00000c18  0000000000400300  0000000000400300  00000300  2**3
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  5 .dynstr       00000593  0000000000400f18  0000000000400f18  00000f18  2**0
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  6 .gnu.version  00000102  00000000004014ac  00000000004014ac  000014ac  2**1
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  7 .gnu.version_r 00000090  00000000004015b0  00000000004015b0  000015b0  2**3
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  8 .rela.dyn     000000a8  0000000000401640  0000000000401640  00001640  2**3
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  9 .rela.plt     00000a80  00000000004016e8  00000000004016e8  000016e8  2**3
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
 10 .init         0000001a  0000000000402168  0000000000402168  00002168  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
 11 .plt          00000710  0000000000402190  0000000000402190  00002190  2**4
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
 12 .text         0000f65a  00000000004028a0  00000000004028a0  000028a0  2**4
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
......

找到想要印的section

$ objdump --full-contents --section .interp /bin/ls

/bin/ls:     file format elf64-x86-64

Contents of section .interp:
 400238 2f6c6962 36342f6c 642d6c69 6e75782d  /lib64/ld-linux-
 400248 7838362d 36342e73 6f2e3200           x86-64.so.2.

也可以指定範圍, 比如說 .interp 從 0x400238 到 0x400253

$ objdump --full-contents --start-address=0x400238 --stop-address=0x400253 /bin/ls

/bin/ls:     file format elf64-x86-64

Contents of section .interp:
 400238 2f6c6962 36342f6c 642d6c69 6e75782d  /lib64/ld-linux-
 400248 7838362d 36342e73 6f2e32             x86-64.so.2

如果指定的範圍超過 section 邊界的話, 它會將跨過的 section 名字也印出來

$ objdump --full-contents --start-address=0x400238 --stop-address=0x400280 /bin/ls

/bin/ls:     file format elf64-x86-64

Contents of section .interp:
 400238 2f6c6962 36342f6c 642d6c69 6e75782d  /lib64/ld-linux-
 400248 7838362d 36342e73 6f2e3200           x86-64.so.2.
Contents of section .note.ABI-tag:
 400254 04000000 10000000 01000000 474e5500  ............GNU.
 400264 00000000 02000000 06000000 18000000  ................
Contents of section .note.gnu.build-id:
 400274 04000000 14000000 03000000           ............

如果只想把 ELF 檔案當 binary 來印, 或是想印某些純 binary 檔

$ objdump --full-contents -b binary /bin/ls

2. Use objdump to disassemble file

假如有個 "hello.c", 內容如下:

// hello.c
#include <stdio.h>

int main() {
        printf("Hello World\n");
        return 0;
}

然後 compile : "gcc -c -g hello.c", "gcc -o hello hello.o"

可以用 objdump 反組譯

$ objdump -d hello.o

hello.o:     file format elf64-x86-64


Disassembly of section .text:

0000000000000000 <main>:
   0:   55                      push   %rbp
   1:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
   4:   bf 00 00 00 00          mov    $0x0,%edi
   9:   e8 00 00 00 00          callq  e <main+0xe>
   e:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  13:   5d                      pop    %rbp
  14:   c3                      retq

使用 -d (--disassemble) 反組譯, 通常只會包含執行碼的 section (.text之類的)
如果想反組譯所有 section, 可以使用 -D ( --disassemble-all ), 但是會把不是程式碼的部份也當成程式碼反組譯

反組譯的輸出格式是

address <symbol>
    address:    code byte sequence        disassemble result

如果不想看到 code byte sequence

$ objdump -d --no-show-raw-insn hello.o

hello.o:     file format elf64-x86-64


Disassembly of section .text:

0000000000000000 <main>:
   0:   push   %rbp
   1:   mov    %rsp,%rbp
   4:   mov    $0x0,%edi
   9:   callq  e <main+0xe>
   e:   mov    $0x0,%eax
  13:   pop    %rbp
  14:   retq

如果想看到逐行加上 symbol 的位置

$ objdump -d --prefix-address hello.o

hello.o:     file format elf64-x86-64


Disassembly of section .text:
0000000000000000 <main> push   %rbp
0000000000000001 <main+0x1> mov    %rsp,%rbp
0000000000000004 <main+0x4> mov    $0x0,%edi
0000000000000009 <main+0x9> callq  000000000000000e <main+0xe>
000000000000000e <main+0xe> mov    $0x0,%eax
0000000000000013 <main+0x13> pop    %rbp
0000000000000014 <main+0x14> retq

此時 code byte sequence 就會被忽略, 如果想加回code byte sequence

$ objdump -d --prefix-address --show-raw-insn hello.o

hello.o:     file format elf64-x86-64


Disassembly of section .text:
0000000000000000 <main> 55                      push   %rbp
0000000000000001 <main+0x1> 48 89 e5                    mov    %rsp,%rbp
0000000000000004 <main+0x4> bf 00 00 00 00              mov    $0x0,%edi
0000000000000009 <main+0x9> e8 00 00 00 00              callq  000000000000000e <main+0xe>
000000000000000e <main+0xe> b8 00 00 00 00              mov    $0x0,%eax
0000000000000013 <main+0x13> 5d                         pop    %rbp
0000000000000014 <main+0x14> c3                         retq

如果只想反組譯特定的 section

$ objdump -d --section .init hello

hello:     file format elf64-x86-64


Disassembly of section .init:

00000000004003e0 <_init>:
  4003e0:       48 83 ec 08             sub    $0x8,%rsp
  4003e4:       48 8b 05 0d 0c 20 00    mov    0x200c0d(%rip),%rax        # 600ff8 <_DYNAMIC+0x1d0>
  4003eb:       48 85 c0                test   %rax,%rax
  4003ee:       74 05                   je     4003f5 <_init+0x15>
  4003f0:       e8 3b 00 00 00          callq  400430 <__gmon_start__@plt>
  4003f5:       48 83 c4 08             add    $0x8,%rsp
  4003f9:       c3                      retq

反組譯的部份跟之前一樣, 也可以設定 --start-address 以及 --stop-address

如果 object file 包含 debug information, 加上 -l (--line-numbers) 可以把指令與原始碼行號對應資訊印出來, 但如果 object file 沒有 debug information 就沒有任何效果

$ objdump -d -l hello.o

hello.o:     file format elf64-x86-64


Disassembly of section .text:

0000000000000000 <main>:
main():
/home/william/temp/hello.c:3
   0:   55                      push   %rbp
   1:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
/home/william/temp/hello.c:4
   4:   bf 00 00 00 00          mov    $0x0,%edi
   9:   e8 00 00 00 00          callq  e <main+0xe>
/home/william/temp/hello.c:5
   e:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
/home/william/temp/hello.c:6
  13:   5d                      pop    %rbp
  14:   c3                      retq

如果加上 -S (--source), 如果找的到原始檔就會顯示對應的原始碼, 但如果 object file 沒有 debug information 就沒有作用

$ objdump -d -S hello.o

hello.o:     file format elf64-x86-64


Disassembly of section .text:

0000000000000000 <main>:
#include <stdio.h>

int main() {
   0:   55                      push   %rbp
   1:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
        printf("Hello World\n");
   4:   bf 00 00 00 00          mov    $0x0,%edi
   9:   e8 00 00 00 00          callq  e <main+0xe>
        return 0;
   e:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
}
  13:   5d                      pop    %rbp
  14:   c3                      retq

-S 與 -l 可以同時使用
其中可以注意的是, 在 printf 下面的 address 4, bf 00 00 00 00, 後面的位置都是00, 是因為檔案還沒 reallocate, 在 linking 之後才會嵌入位置

$ objdump -S hello

......
000000000040052d <main>:
  40052d:       55                      push   %rbp
  40052e:       48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
  400531:       bf d4 05 40 00          mov    $0x4005d4,%edi
  400536:       e8 d5 fe ff ff          callq  400410 <puts@plt>
  40053b:       b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  400540:       5d                      pop    %rbp
  400541:       c3                      retq
  400542:       66 2e 0f 1f 84 00 00    nopw   %cs:0x0(%rax,%rax,1)
  400549:       00 00 00
  40054c:       0f 1f 40 00             nopl   0x0(%rax)
......

可以看到執行檔裡已經嵌入位置 bf d4 05 40 00

FreeRTOS Interrupt Management

1. Introduction

關於處理event, 有幾個要考慮的點

• 要怎麼偵測event? 通常會用 interrupt, 但也可以用polling的方式
• 如果使用 interrupt, 要在 ISR (Interrupt service routine) 裡面處裡多少事情? 相對地要在ISR外面處理多少事情? 是否 ISR 裡面的事情要愈少愈好?
• ISR 裡的 code 要如何跟外面的 code 溝通? 尤其是 asynchronous 的code

FreeRTOS 沒有規定 event handle要怎麼實作, 但提供了一些interrupt API
在這些API裡, 只有 FromISR 結尾的 function 才可以在 ISR 裡呼叫, 以及以 FROM_ISR 結尾的 macro 可以在ISR裡使用

2. Binary Semaphores used for Synchronization

整個概念如下圖, 當 interrupt 發生時, ISR 解開 semaphore 並讓 handler task 變成 ready state, 然後 ISR return, 這時 handler task 有最高的 priority 並執行, 當它執行完, 等下一個 semaphore, 進入block state, 並讓低 priority 的 task 執行

在使用 semaphore 時, 分成 take & give, 實作上, 它就像是長度為1的queue, 它一樣要設定 block time, 相關的限制也相同

2.1 Create Semaphore

void vSemaphoreCreateBinary( xSemaphoreHandle xSemaphore );

xSemaphoreHandle 是 semaphore 的型態, 在使用它之前必需先 create

2.2 Take Semaphore

portBASE_TYPE xSemaphoreTake( xSemaphoreHandle xSemaphore, portTickType xTicksToWait );

如果把 xTicksToWait 設成 portMAX_DELAY, 表示要永遠等下去

xSemaphoreTake 不能在 ISR 裡面使用

可能的回傳值 :

• pdPASS : 成功拿到 semaphore, 如果 block time > 0, 表示在 timeout 前拿到 semaphore
• pdFALSE : 沒能在 block time timeout 前拿到 semaphore

2.3 Give Semaphore in ISR

portBASE_TYPE xSemaphoreGiveFromISR( xSemaphoreHandle xSemaphore,
                                     portBASE_TYPE *pxHigherPriorityTaskWoken
                                     );

如果有 high priority task 在等這個 semaphore, 然後呼叫 xSemaphoreGiveFromISR 造成目前的 task 被 scheduler switch out, 那麼會把 pxHigherPriorityTaskWoken 這個 pointer 裡面的值設成 pdTRUE, 表示要處裡目前要被 switch out 的 task 的 context switch

可能的回傳值 :

• pdPASS : 成功
• pdFALSE : 如果目前的 semaphore 已經被 give 了, 會回傳失敗

2.4 sample code

static void vPeriodicTask( void *pvParameters )
{
    for( ;; )
    {
        /* 等 500ms 準備送出 sofeware interrupt */
        vTaskDelay( 500 / portTICK_RATE_MS );

        /* 送出 interrupt, 前後夾 log */
        vPrintString( "Periodic task - About to generate an interrupt.\r\n" );
        __asm{ int 0x82 } /* This line generates the interrupt. */
        vPrintString( "Periodic task - Interrupt generated.\r\n\r\n\r\n" );
    }
}

static void vHandlerTask( void *pvParameters )
{
    /* As per most tasks, this task is implemented within an infinite loop. */
    for( ;; )
    {
        /* take semaphore */
        xSemaphoreTake( xBinarySemaphore, portMAX_DELAY );
        vPrintString( "Handler task - Processing event.\r\n" );
    }
}

static void __interrupt __far vExampleInterruptHandler( void )
{
    static portBASE_TYPE xHigherPriorityTaskWoken;

 /* 先設成 false, 這樣如果有 task 被switch out時會設成ture, 才能分辨 */
    xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;

    /* give semaphore */
    xSemaphoreGiveFromISR( xBinarySemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken );
    if( xHigherPriorityTaskWoken == pdTRUE )
    {
        /* 做 context switch, 其中 portSWITCH_CONTEXT() 是 Open Watcom Dos 的port,
           其它平台可能有不同的 port */
        portSWITCH_CONTEXT();
    }
}

int main( void )
{
    /* 建 semaphore */
    vSemaphoreCreateBinary( xBinarySemaphore );

    /* 設定 interrupt handler */
    _dos_setvect( 0x82, vExampleInterruptHandler );

    if( xBinarySemaphore != NULL )
    {
        /* 建立要take semaphore 的 task, 它的 priority 是 3 */
        xTaskCreate( vHandlerTask, "Handler", 1000, NULL, 3, NULL );

        /* 建立定期發出 software interrupt 的 task */
        xTaskCreate( vPeriodicTask, "Periodic", 1000, NULL, 1, NULL );

        vTaskStartScheduler();
    }
    /* it should never reach here */
    for( ;; );
}

3. Counting semaphores

使用 binary semaphore 的缺點是, 在 ISR unblock binary semaphore之後, 並且讓handle task執行時, 如果這時又再有一個 interrupt, 這時候 handle task也只會做最初的那次, counting semaphore 可以解決這種情況

可以將 counting semaphore 想成是長度為n的queue, 只是我們不在乎裡面的data

通常 counting semaphore 用在兩個用途: 記錄次數, 與管理資源

底下是它的 api

xSemaphoreHandle xSemaphoreCreateCounting( unsigned portBASE_TYPE uxMaxCount,
                                           unsigned portBASE_TYPE uxInitialCount );

其中 uxMaxCount 是最大值, uxInitialCount是初始值, 成功的話回傳 semaphore handle

4. Use queue in ISR

在 ISR 裡使用 queue, 有相對應的 function:

portBASE_TYPE xQueueSendToFrontFromISR( xQueueHandle xQueue,
                                        void *pvItemToQueue
                                        portBASE_TYPE *pxHigherPriorityTaskWoken
                                        );

portBASE_TYPE xQueueSendToBackFromISR( xQueueHandle xQueue,
                                       void *pvItemToQueue
                                       portBASE_TYPE *pxHigherPriorityTaskWoken
                                       );

BaseType_t xQueueReceiveFromISR( QueueHandle_t xQueue,
                                 void *pvBuffer,
                                 BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken
                                 );

這些其實就是 xQueueSendToFront(), xQueueSendToBack() 以及 xQueueReceive()

4.1 Sample code

static void vIntegerGenerator( void *pvParameters )
{
    portTickType xLastExecutionTime;
    unsigned portLONG ulValueToSend = 0;
    int i;

    /* Initialize the variable used by the call to vTaskDelayUntil(). */
    xLastExecutionTime = xTaskGetTickCount();
    for( ;; )
    {
        /* 每 200ms block */
        vTaskDelayUntil( &xLastExecutionTime, 200 / portTICK_RATE_MS );

        /* 寫入queue 5次, 這些值將從ISR讀出 */
        for( i = 0; i < 5; i++ )
        {
            xQueueSendToBack( xIntegerQueue, &ulValueToSend, 0 );
            ulValueToSend++;
        }
        /* 觸發 software interrupt 0x82 */
        vPrintString( "Generator task - About to generate an interrupt.\r\n" );
        __asm{ int 0x82 } /* This line generates the interrupt. */
        vPrintString( "Generator task - Interrupt generated.\r\n\r\n\r\n" );
    }
}

static void __interrupt __far vExampleInterruptHandler( void )
{
    static portBASE_TYPE xHigherPriorityTaskWoken;
    static unsigned long ulReceivedNumber;

    /* 宣告成 static const 確保它們不是 ISR 產生的 */
    static const char *pcStrings[] = {"St0\r\n", "St1\r\n", "St2\r\n", "St3\r\n"};
    xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;

    /* Loop until the queue is empty. */
    while( xQueueReceiveFromISR( xIntegerQueue, &ulReceivedNumber, &xHigherPriorityTaskWoken ) != errQUEUE_EMPTY )
    {
        /* Mask最後兩個bit, 然後把對應的String放進queue裡 */
        ulReceivedNumber &= 0x03;
        xQueueSendToBackFromISR( xStringQueue, &pcStrings[ ulReceivedNumber ], &xHigherPriorityTaskWoken );
    }

    /* 如果寫入 queue 造成 high priority task 變成 ready, 就要做context switch */
    if( xHigherPriorityTaskWoken == pdTRUE )
    {
        /* NOTE: 這個context switch 是給 Open Watcom DOS port 使用, 其它平台有不同的port */
        portSWITCH_CONTEXT();
    }
}

static void vStringPrinter( void *pvParameters )
{
    char *pcString;
    for( ;; )
    {
        /* Block on the queue to wait for data to arrive. */
        xQueueReceive( xStringQueue, &pcString, portMAX_DELAY );
        vPrintString( pcString );
    }
}

int main( void )
{
    /* 建queue */
    xIntegerQueue = xQueueCreate( 10, sizeof( unsigned long ) );
    xStringQueue = xQueueCreate( 10, sizeof( char * ) );

    /* 設定 interrupt handler. */
    _dos_setvect( 0x82, vExampleInterruptHandler );

    /* low priority period task */
    xTaskCreate( vIntegerGenerator, "IntGen", 1000, NULL, 1, NULL );

    /* High priority interrupt handler */
    xTaskCreate( vStringPrinter, "String", 1000, NULL, 2, NULL );

    vTaskStartScheduler();
    for( ;; );
}

I2S Introduction

1. Introduction

I2S (Inter-IC Sound), 用於IC之間傳遞數位音源, 它由三條單方向線組成

1. SCK (Serial Clock): serial transmission的clock line
2. SD (Serial Data): serial transmission的data line
3. WS (Word Select): 即 udio channel

在傳輸時, 有一方是Master, 取決於誰輸出SCK

Example 1: 這張圖中, Transmitter 輸出SCK, 所以 Transmitter 是 master

Example 2: 另種情況是, 雖然 receiver 從 tranmitter 的 SD 收到data, 但 receiver 輸出 SCK, 所以 receiver 是 master

Example 3: 有時候設計上會多出一個 controller, 它負責控制 SCK 以及WS, 這種情況下 controller 是 master

有時候在設計上, 為了達到master與slave角色互換, 可以利用修改pin function

在邏輯電壓準位上, 使用 TTL standard, Output Level 在 0V~0.8V為Lo, 2.4~5.0V為Hi

2 line description

2.1 Serial Data

傳輸格式為 two's complement, 並且先傳 MSB (Most Significant Bit)
使用MSB是因為如果 transmitter 與 receiver 兩邊的 word length 不同, 那麼就不需要考慮到調整word length的問題
例如, transmitter word length = 20 bits receiver word length = 24 bits, 那麼 transmitter 傳完之後, receiver 自動補上 4 個 0 就可以
另個例子是transmitter word length = 20 bits receiver word length = 16 bits, 那麼 receiver收完 16 bits 之後, 自動捨棄後面的 4 個 bits 即可

transmitter 在傳 SD 時, 它的 clock signal 在做synchronization可以是 trailing edge (high-to-low) 或者是 leading edge (low-to-high), 不管是哪一種, receiver 在 leading edge 時都得在 SD 上加 latch

2.2 Word Select

WS 輸出 0 表示 Channel 1 (Left), 輸出1表示 Channel 2 (Right)
WS在轉變0或1時, leading edge的SD是WS未轉變之前的資訊, 確定WS轉變後, 下一個leading edge 的 SD才是 WS 指定的 channel info
參考上一張圖, WS 原本值是 1 (Right Channel), 改成0之後, SD的data在1個clock period之間仍然是 Right Channel, 等到下個clock leading edge才變成 Left Channel