TOPPERS/ASP3 を STM32H747 Discovery にポーティングする。 ポーティングは、以下の方針で行った。
- STM32F401RE のターゲット依存部、arch をベースに移植する
- 以下のものは、STM32CubeMX 生成コードを用いる
- CPU クロックの初期化
- タイマー
- シリアル
幸いほとんどのアセンブラコードは、そのまま使用できる。Cortex-M4 と M7 では、命令セットが同じである。 なので、上記の3つを用意すればよい。
STM32F401RE に TOPPERS/ASP3 ポーティングしたものを使用した。 TOPPERS/ASP3カーネル簡易パッケージのダウンロード にある Nucleo F401RE簡易パッケージ asp3_nucleo_f401re_gcc-20211228.zip をダウンロードして、ベースとした。
CPUクロックの初期化、タイマー、シリアルのコードは STM32CubeMX の生成コードをベースにした。
ついでに LED も点灯できるように準備した。 LED が点灯できると、どこまでコード実行したか確認しやすいので、実際には、これを最初に用意した。 これも STM32CubeMX で生成できたようですが、私が生成したコードに含まれていなかったので、 自力で作ってみた。
Cortex-M7, Cortex-M4 の両方のコアとも、TOPPERS/ASP3 の移植が完了している。 しかしながら、キャッシュ設定をしていない、コード整理が十分でない、などの課題を残している。
% cd obj_h747_cm7
% make
asp.elf ができあがったら STM32CubeProgrammer を使用して書き込む。 書き込みアドレスを設定しなおす必要がないので、.bin より .elf を書き込んだ方が楽だし、安全である。
% cd obj_h747_cm4
% make
asp_cm4.elf ができあがったら、STM32CubeProgrammer を使用して書き込む。
Cortex-M4 側も gcc に -mcpu=cortex-m7 を指定してある。 将来的にはコード共用するつもりなので、この指定で問題ないことを確認する意図。
移植の途中、文鎮化は、2度経験している。
一回目の文鎮化は、クロック設定が動作範囲外だったようで、STM32CubeProgrammer の Download ボタンを押すと、 ST-LINK error (DEV_TARGET_NOT_HALTED) となってしまった。
これは Download ボタンを放すと同時に Reset ボタンを放すことで Download に成功し、脱出できた。 これは、一回では成功していなくて、何回かタイミングずらしながら試してうまくいった状況である。
二回目は、STM32CubeProgrammer の Connect ボタンを押すと Error: No STM32 target found! が発生して、Download の手前でエラーとなってしまった。 エラーが発生するものの電圧情報が表示されていたり、STM32H747 Discovery 内のストレージが USB ドライブとして見えたり、tera term で USB Serial (COM3) の設定ができたりするので、電気的に死んでいるわけではなさそう。
この状態からの脱出は、STM32CubeProgrammer の Erasing & Programming で Full Chip Erase と Download File を automatic で実施して治ったもよう。
ここで注意する点として Full Chip Erase と Download File では、片方のコア用のプログラムしか書き込まれていないことだ。STM32H747 の場合、忘れずに、もう一つのコアのプログラムも書き込む必要がある。
「もよう」と書いたのは何度か繰り返しているうちにうまくいったからだ。 途中で reset かけてみたり、USB コネクタの抜き差しを行ったりしているので、最終的にどうやったのがよかったかは、実はよくわかっていない。 何日も(期間としては3週間くらい) 復活できなかったので、もうあきらめようとしたらうまくいった。 （あきらめかけると、うまくいく、なんて経験は、よくありますね。一回目のときもそうだった）
この問題は、400MHz で動作させるように電圧を上げて、うまく動作させることができるようになって、 しばらくしたところで発生した。 先ほどの Erasing & Programming は、最初は 400MHz 動作のものを書き込みなおしていて問題が 解決していなかった。試しに、ずっと安定動作していた 320MHz のものに替えて書き込んだところ 正常にもどった。
一回目は、周波数を範囲外に設定したことで発生し、二回目は、電圧を範囲外に設定したことで問題が起きたようだ。
コア間割込みをかける手段として、HSEM を TECS コンポーネントとして作成した。 tHSEM.cdl を参照。 このような資源は TECS コンポーネント化すると、きれいにいく。
sample1 のコマンドに 'p' と 'P' を追加してある。'p' は Cortex-M4 に HSEM1 をロックさせ、'P' はリリースさせる。リリースしたときに Cortex-M7 に割込みが入るようにしてある。それに合わせたメッセージが表示される(現在これは、期待した動作をしない)。
HSEM の bit0 は Cortex-M4 の syslog 用に使用される。
STM32H747 には、32bit のタイマは2つしかない。TOPPERS/ASP3 では2つのタイマが必要になるが、32bit タイマは2つとも Cortex-M7 側で使用している。
TOPPERS/ASP3 はティックレスのために、イベント発生時刻に割込みを入れるためのタイマと、フリーランのタイマが必要となる。
Cortex-M4 側では 16bit のタイマを 2つ使用している。
Cortex-M4 で syslog が発生した時に、（HSEM の bit0 を使用して）Cortex-M7 に割込みを入れ、 Cortex-M7 の syslog に出力させる。
つまり Cortex-M4 の syslog は USART1 に出力される。 文頭に [4], [7] を置いて、どちらのコアから発生された syslog か、わかるようにしてある。
Cortex-M4 の serial は UART8 が使用される。 UART8 は、回路追加しないと入出力できない。 この回路に手持ちがなく、動作確認をしていない。 serial も Cortex-M7 と USART1 を共用するようにすればよいが、将来的課題である。
TOPPERS/FMP3, TOPPERS/HRMP3 の移植を進めるつもりだ。
Cortex-M7 コアでは、まだキャッシュ設定していない。 キャッシュを効かせる必要があるが、今後の課題になっている。 これも早めに対応しておきたい課題になる。
この CPU では、キャッシュやメモリのコヒーレンシ―を維持する機構がないようである。このため共有メモリはキャッシュなしにせざるを得ない。 ただ、キャッシュから吐き出す機構があるので、うまく使えば効率を上げることは可能なようだ。
というようなこともあり、このプロセッサは、マルチコア構成だが、本来は TOPPERS/FMP3 などを動作させることを 意図されていないようだ。 性能を犠牲にせず TOPPERS/FMP3 を移植するのも課題になる。
TOPPERS/ASP3 本体は TOPPERS ライセンスです。 STM32CubeMX で生成したコードについては、そちらのライセンスに従います。