CIAA NXP: Alcances y limitaciones de un port basado en Buildroot/Linux

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CIAA NXP Alcances y limitaciones de un port basado en Buildroot/Linux Ezequiel García VanguardiaSur 12 de agosto de 2015

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rompiendo el hielo

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ezequiel García ▶ Programador ▶ Sistemas embebidos Linux ▶ Desarrollo device drivers Linux kernel ▶ Contribuciones open-source ▶ Maintainer driver pxa3xx-nand (NAND) ▶ Maintainer driver stk1160 (video4linux) ▶ Soporte de SoCs ARM Marvell mvebu ▶ Soporte de SoCs MIPS Pistachio ▶ UBI block device ▶ strace para arquitectura Nios-II ▶ ... y algunas contribuciones a Buildroot y Barebox

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . poll() Levanten la mano los estudiantes

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . poll() Levanten la mano los que usan Windows en forma regular

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . poll() Levanten la mano los que usan Linux en forma regular

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¿De qué vamos a hablar?

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Para los que vieron luz y entraron 1. Componentes del port Linux para la CIAA NXP

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Para los que vieron luz y entraron 2. Alcances. Es decir, todas las cosas geniales que podemos hacer.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Para los que vieron luz y entraron 3. Limitaciones. Es decir, todas las cosas geniales que NO podemos hacer.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Empezamos con algunas definiciones

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Linux Todos sabemos exactamente qué es Linux...

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Linux Todos sabemos exactamente qué es Linux...¿o no?

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ecosistema Embedded Linux Todos los sistemas embebidos basados en Linux tienen más o menos los mismos componentes fundamentales ▶ Bootloader ▶ Linux Kernel ▶ Filesystem ¿Eso es todo? ¿No nos falta algo? ▶ Toolchain

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¿Qué hace cada componente?

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bootloader El objetivo del bootloader es simple: encontrar y cargar un kernel.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bootloader El objetivo del bootloader es simple: encontrar y cargar un kernel. Una vez que se carga el kernel, el bootloader no permanece residente en memoria.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kernel El objetivo del kernel es bastante menos simple: manejar el hardware y administrar el acceso a los recursos de CPU, memoria y periféricos.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Filesystem El Filesystem tiene todos los programas y aplicaciones de usuario necesarios para que el sistema haga algo útil. /lib/modules/x.y.z/ /usr/bin/uptime /usr/bin/find /bin/cat /bin/cp /bin/sh /etc/init.d/...

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Filesystem Vemos que un filesystem se compone de quichicientos paquetes diferentes. Necesitamos una herramienta para: ▶ seleccionar ▶ configurar ▶ compilar ▶ instalar

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Filesystem Busybox: La navaja suiza de los embebidos Linux. Provee más de 300 herramientas típicas de Unix, en un único binario. https://en.wikipedia.org/wiki/BusyBox

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¿De dónde obtenemos cada componente?

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ecosistema Embedded Linux Cada componente que usamos en un proyecto o producto tiene una fuente u origen. ▶ Bootloader ▶ Oficial o upstream ▶ Community fork ▶ Vendor fork ▶ Linux Kernel ▶ Oficial o upstream ▶ Community fork ▶ Vendor fork

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Las elecciones para nuestra querida CIAA NXP

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ecosistema Embedded Linux Cada componente que usamos en un proyecto o producto tiene una fuente u origen. ▶ Bootloader ▶ Oficial o upstream ▶ Community fork ▶ Vendor fork ←− ▶ Linux Kernel ▶ Oficial o upstream ←− ▶ Community fork ▶ Vendor fork ▶ Filesystem ▶ Buildroot ←− ▶ Yocto ▶ Debian, Fedora, etc. ▶ Hecho a mano

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . U-Boot Usamos un ”vendor fork”que ofrece una empresa llamada Emcraft. El repositorio está disponible en github: https://github.com/EmcraftSystems/u-boot

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Linux Usamos Linux upstream, con algunos parches encima.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Buildroot Usamos Buildroot upstream, con algunos parches encima.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Toolchain Usamos una toolchain especial para cortex-M, OSELAS de Pengutronix. http://www.pengutronix.de/oselas/toolchain/

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . uCLinux uCLinux nació como un fork del kernel. Breve historia: ▶ 1991: Nace Linux. ▶ 1998: Release de un kernel basado en Linux 2.0.33, para Motorola DragonBall. ▶ 2002: Se integra al Linux oficial en la versión v2.5.46.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . uCLinux Como vemos esto pasó hace mucho tiempo.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . uCLinux Como vemos esto pasó hace mucho tiempo. Esto pasó hace tanto tiempo, ¡que no se había inventado git!

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . uCLinux Actualmente, uCLinux es una distribución de paquetes fuente, orientada a sistemas sin MMU. El proyecto no tiene demasiada popularidad, aunque sigue activo.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Repasando

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ecosistema Embedded Linux La CIAA NXP tiene los mismos componentes fundamentales que cualquier otro sistema embebido. ▶ Bootloader ▶ Linux Kernel ▶ Filesystem

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Una ventaja a medias Usar el mismo código base que se usa en el resto de los sistemas embebidos, significa que la cantidad de usuarios y desarrolladores es enorme. Usar el mismo código base que se usa en el resto de los sistemas embebidos, no necesariamente implica que esté muy testeado.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ecosistema Embedded Linux Linux v4.3 soportará varios periféricos de la CIAA: ▶ GPIO ▶ UART ▶ Ethernet ▶ USB ▶ RTC ▶ SPI/SSP ▶ SPIFI ▶ ...

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ecosistema Embedded Linux Y la lista sigue: ▶ ... ▶ DMA ▶ I2C ▶ Watchdog ▶ PWM basado en SCT Para más detalles consultar: https://github.com/manabian/linux-lpc/wiki/Status

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Requisitos mínimos

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Requisitos mínimos ¿Qué se necesita para que funcione Linux?

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Requisitos mínimos ¿Qué se necesita para que funcione Linux? ▶ CPU

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Requisitos mínimos ¿Qué se necesita para que funcione Linux? ▶ CPU ▶ RAM

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Requisitos mínimos ¿Qué se necesita para que funcione Linux? ▶ CPU ▶ RAM ▶ Algunos periféricos básicos

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . RAM Necesitamos 4 MiB como mínimo.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . RAM Necesitamos 4 MiB como mínimo. Necesitamos 8 o 16 MiB para hacer algo útil.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MMU No hace falta.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MMU No hace falta. ¿Magia negra?

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MMU No hace falta. ¿Magia negra? Portabilidad

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MMU ¿Qué es la MMU?. ▶ Conversión entre direcciones virtuales y direcciones físicas. Esto permite que cada proceso corra en su propio espacio de direcciones, en forma aislada al resto del sistema. ▶ Protección ante accesos a direcciones no autorizadas.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Portabilidad (la magia negra) /* Un poco simplificado. */ #ifdef CONFIG_MMU unsigned long copy_from_user(...); unsigned long copy_to_user(...); unsigned long clear_user(...); #else #define copy_from_user(to,from,n) (memcpy(to, from, n), 0) #define copy_to_user(to,from,n) (memcpy(to, from, n), 0) #define clear_user(addr,n) (memset(addr, 0, n), 0) #endif

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Portabilidad (la magia negra) /* En arch/arm/mm/Makefile */ ifneq ($(CONFIG_MMU),y) obj-y += nommu.o endif /* En arch/arm/mm/nommu.c */ void *__arm_ioremap(phys_addr_t phys_addr, size_t size, unsigned int mtype) { return phys_addr; }

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Limitaciones de Linux en la CIAA NXP

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Limitaciones: MMU No hay MMU.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Limitaciones: Stack fijo La MMU es necesaria para la implementación de un stack variable. Sin MMU, los procesos no tienen stack variable, sino estático.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Limitaciones: threads ¿Tenemos alguna implementación de POSIX threads?

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Limitaciones: threads ¿Tenemos alguna implementación de POSIX threads? No en forma oficial, pero hay algunas implementaciones extra-oficiales (out-of-tree).

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Limitaciones: fork() Sin MMU no podemos implementar fork().

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Limitaciones: fork() Sin MMU no podemos implementar fork(). Para ejecutar procesos, podemos reemplazar fork() por vfork().

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Limitaciones: referencias y bibliografías Para más detalles acerca de estas limitaciones, hay extensa bibliografía al respecto. ▶ http://www.linuxjournal.com/article/7221 ▶ http://free-electrons.com/doc/uclinux_introduction.pdf ▶ http://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/ slides/optimize-uclinux.pdf ▶ http://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/ slides/uClinux%20ELC_43_small.pdf ▶ http://electronicdesign.com/embedded/practical-advice- running-uclinux-cortex-m3m4

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conclusión

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conclusión 1. Componentes del port Linux para la CIAA NXP. Se usan los mismos que en cualquier sistema embebido Linux (con una configuración especial)

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conclusión 2. Alcances. Disponemos de una cantidad importante de features, drivers y utilidades.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conclusión 2. Alcances. Disponemos de una cantidad importante de features, drivers y utilidades. Tenemos soporte para casi todos los bloques de hardware del MCU NXP LPC4337.

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conclusión 3. Limitaciones. Es decir, todas las cosas geniales que NO podemos hacer. ▶ No hay MMU ▶ Los procesos tienen un stack fijo ▶ No hay fork. Para lanzar un proceso se usa vfork + exec ▶ No hay pthreads

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¿Preguntas? Ahora o en cualquier momento :-) [email protected] [email protected]