kyunghee univ. 2-0 chapter 2 design of software systems

KyungHee Univ. 2-1

Chapter 2Chapter 2Design of Software SystemsDesign of Software Systems

KyungHee Univ. 2-2

2.7 Device Drivers 2.7.1 Basic Concept of Device Drivers

I/O 를 직접 수행하는 Routine 으로 시스템 또는 이용자 프로그램에 의하여 Call 된다 .

여기서는 간단한 Serial Port 를 제어하는 Device Driver를 예로 하여 설명 한다 .

Device Driver 는 아래 예와 같은 Gate 기능을 수행하는 함수에 의하여 상위 레벨 Routine 과 연결 된다 .

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2.7.2 Design of a Serial Communications Interface (SCI) Device Drivers

1. Data structures: global (Private) Private global data structures

• Private 의 의미는 오직 Driver 프로그램 내에서만 직접 Access 가능

• Device Driver 의 이용자는 Driver 내의 Public function 을 통하여 Access 할 수 있다 .

• 예 : OpenFlag, FIFO queue

2. Initialization routine (public, called by client once in the beginning)

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3. Regular I/O call (public, called by client to perform I/O) Device 의 I/O 기능을 수행하는 Public function 으로 Prototypes 은 Header File (SCI.H) 에 작성 된다 . 이용자는 이 함수를 통하여 Device Driver 를 이용하게 된

다 .

이용자를 위한 Prototypes 과 Document 는 SCI.H File 에 개발자를 위한 기능 설명은 SCI.C File 에 포함 한다 .

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3. Regular I/O call (public, called by client to perform I/O) 예

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3. Regular I/O call (public, called by client to perform I/O) 예

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4. Support software (private) Device Driver 기능 구현에 필요한 ( 도움이 되는 )

Private Function 과 Private Function : Private Function 의 Prototype

은 Header File 에 포함되지 않는다 . 예 : Helper Function, Interrupt service routine 등

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2.8 Object-Oriented Interfacing 2.8.1 Encapsulated Objects Using Standard C Encapsulation : 함수와 변수를 하나의 class 에 포함하도록함 .

#include "HC12.H"#include "LCD12.H"#include "COP12.H"#include "Timer.H"void main(void){ char letter; int

n=0; COPinit(); // Enable TOF

interrupt to make COP happy LCDinit(); TimerInit() LCDString("Adapt812 LCD"); TimerMsWait(1000); LCDclear(); letter='a'-1;

while(1){ if (letter=='z') letter='a'; else letter++; LCDputchar(letter); TimerMsWait(250); if(++n==16){ n=0; LCDclear();}}}#include "LCD12.C"#include "COP12.C"#include "Timer.C"#include "VECTORS.C"

Program 2.19. Main program with three modules.

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2.8 Object-Oriented Interfacing 2.8.1 Encapsulated Objects Using Standard C

void TimerInit(void);

void TimerMsWait(unsigned int time);

Program 2.20 Timer.H header file has public functions.

이 Public function 함수를 포함하고 있는 File Name 을 표시함

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2.8 Object-Oriented Interfacing 2.8.1 Encapsulated Objects Using Standard C

unsigned int TimerClock; // private global, 이 파일 내에서만 access됨

void TimerInit(void){ // public function

TSCR |=0x80; // TEN(enable)

TMSK2=0xA2; // TOI arm, TPU(pullup) timer/4 (500ns)

TimerClock=2000; // 2000 counts per ms

}

void TimerWait(unsigned int time){ // private function

TC5=TCNT+TimerClock; // 1.00ms wait

TFLG1 = 0x20; // clear C5F

while((TFLG1&0x20)==0){};}

void TimerMsWait(unsigned int time){ // public function

for(;time>0;time--)

TimerWait(TimerClock); // 1.00ms wait

}

Program 2.20 Timer.C implementation file defines all functions.

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2.8.3 Portability Using Standard C

/* 6812 PortC bits 1,0 are input, Port B bits 1,0 are output */

#define OutPort (*(unsigned char volatile *)(0x0001))

#define OutDDR (*(unsigned char volatile *)(0x0003))

#define InPort (*(unsigned char volatile *)(0x0004))

#define InDDR (*(unsigned char volatile *)(0x0006))

/* rate is the number of cycles/100usec */

#define rate 800

const struct State{

unsigned char Out; /* Output values */

unsigned int Time; /* Time in 100 탎 ec to wait in this state */

const struct State *Next[4]; /* Next state if input=0,1,2,3 */

};

typedef const struct State StateType;

#define SA &fsm[0]

#define SB &fsm[1]

#define SC &fsm[2]

StateType fsm[3]={

{0x01,5*rate,{SB,SA,SB,SC}}, /* SA out=1, wait= 500usec, next states */

{0x02,10*rate,{SC,SA,SB,SC}}, /* SB out=2, wait=1000usec, next states */

{0x03,20*rate,{SA,SA,SB,SA}} /* SC out=3, wait=2000usec, next states */

};

Program 2.22 Enhanced C implementation of a Mealy Finite State Machine.

변경 될 수 있는 Parameters 인 경우 #define macros 를 이용하여 정의 하면 Portability 를 증가 시킨다 .

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2.8.3 Portability Using Standard C

void Wait(unsigned int delay){ int Endt;

Endt=TCNT+delay; /* Time (125ns cycles) to wait */

while((Endt-(int)TCNT)>0); /* wait */

};

void main(void){ StateType *Pt; unsigned char Input;

Pt=SA; /* Initial State */

OutDDR=0xFF; /* Make Output port outputs */

InDDR=0x00; /* Make Input port inputs */

TSCR=0x80; /* Enable TCNT, default rate 8 MHz */

while(1){

OutPort=Pt->Out;

Wait(Pt->Time); /* Time to wait in this state */

Input=InPort&0x03; /* Input=0,1,2,or 3 */

Pt=Pt->Next[Input];

}

};

Program 2.22 Enhanced C implementation of a Mealy Finite State Machine.

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2.9 Thread Thread 와 Process 의 차이

ThreadI/O Device 와 Global variables 를 공유함 .Interrupt service routine 은 Background thread 이다 .FIFO 는 Thread 사이의 Communication 에 이용될

수 있다 . FIFO 을 이용한 Key Input Thread 와 Printing

Thread 사이의 Communication

ProcessI/O Device 와 Global variables 를 공유하지 않음 .서로 독립된 목표를 갖는다 .

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2.9 Thread 2.9.1 Single-Threaded Execution

Thread 컴퓨터 프로그램 수행 시 프로세스 내부에 존재하는 수행 경로 , 즉 일련의 실행 코드

Foreground Thread

Embedded system 에서는 많은 경우 무한 Loop 를 포함함 .

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2.9 Thread 2.9.2 Multithreading and Reentrancy

두개 이상의 Thread 에서 동시에 실행될 수 있는 Program Segment 는 Reentrant 한 Code 이다 .

Timmer INT 에 의 의하여 Background 에서 실행되는INT Service Routine

Key Stroke INT 에 의 의하여 Background 에서 실행되는 INT Service Routine

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2.10 Recursion

Recursive Program자기 자신을 Call 할 수 있는 Program 이다 .Recursive routine 은 Reentrant 한 코드 이다 .Recursive algorithms 은 프로그램 메모리를 적게

필요로 하고 효과적인 프로그램을 작성하게 한다 .그러나 큰 Stack space 를 필요로 하고 ,실행 속도가 느리다 .

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2.11 Debugging Strategies 2.11.1 Debugging Tools Logic Analyzer

직접 Address/Data Bus 에 접속 하여 실시간 실행 결과를 관찰 할 수 있다 .

관찰을 시작하는 순간에 Trigger ( 동기 ) 방법을 이해하여야 한다 .

원 프로그램에 포함 되어 있는 Debugging 정보를 볼 수 없기 때문에 프로그램 내용을 이해하기 어렵다 .

내부 Cache, Multiple instruction queues, Branch prediction, Internal Bus 등 고급 기능의 관찰이 어렵다 .

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2.11 Debugging Strategies 2.11.1 Debugging Tools

In-circuit emulator(ICE)Processor 를 제거하고 해당 소켓에 Emulator 케이블을 연결 . ICE 는 보통 PC 와 연동하여 PC 의 자원 (Editor, 하드

디스크 , 프린터 등을 이용하여 효과적으로 Debugging 한다 .

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2.11 Debugging Strategies 2.11.1 Debugging Tools

In-circuit ROM emulator대부분의 Software-based Debugger 는 Software trap( 6812

에서 swi 명령 ) 을 이용하여 Breakpoint 기능을 실현한다 .프로그램이 ROM 에서 실행 되는 경우 이 기능을 이용할 수

없기 때문에 ROM emulator 를 필요로 한다 .

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2.11 Debugging Strategies 2.11.3 Functional Debugging

Functional Debugging가능한 Input 에 대하여 Output 이 예상되는 결과와

일치하는지를 검증한다 .

2.11.3.1 Single Stepping or Trace

2.11.3.2 Breakpoints without Filtering

2.11.3.3 Conditional BreakpointsEx. If(count == 32)

bkpt

2.11.3.4 Instrumentation : Print Statements

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2.11.3.5 Instrumentation : Dump into Array without Filtering

조건 없이 Buffer 에 여유가 있는 한 무조건 Dump 함

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2.11.3.6 Instrumentation : Dump into Array with Filtering

조건을 만족하는 경우에만 Dump 함

Buffer 에 여유가 있는 경우에만 Dump 함

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2.11.3.7 Monitor using Fast Displays

Output Port 이용

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2.11 Debugging Strategies 2.11.4 Performance Debugging

System 의 Time Behavior 를 검증한다 . System이 Run 하고 있는 중 , 예상 시간 내에 예상되는 I/O 가 얻어 지는 검증 한다 .

2.11.4.1 Instrumentation Measuring with an Independent Counter : TCNT16 Bit counter TCNT 를 이용하여 시간 정보를

측정한다 .

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2.11.4 Performance Debugging

2.11.4.1 Instrumentation Measuring with an Independent Counter : TCNT

2.11.4.2 Instrumentation Output Port프로그램 실행 속도 측정을 위한 신호를 Output Port 에

출력하고 오실로스코프 등의 장비로 시간을 측정한다 .

2.11.4.3 Measurement of Dynamic Efficiency아래와 같은 3 가지 방법을 사용 할 수 있다 .

Assembly Listing 을 이용한 Bus cycles count 방법 Internal Timer(TCNT) 를 이용한 처리 시간 측정 방법 Output pin 에 신호를 출력하고 Oscilloscope 또는 Logic

Analyzer 를 이용한 시간 측정 방법

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2.11.4.2 Instrumentation Output Port프로그램 실행 속도 측정을 위한 신호를 Output Port 에

출력하고 오실로스코프 등의 장비로 시간을 측정한다 .예 : Loop jsr Set jsr Calculate ; function under test jsr Clr bra loop

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2.11.4.3 Measurement of Dynamic Effiency

Assembly Listing 을 이용한 Bus cycles count 방법

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Internal Timer(TCNT) 를 이용한 처리 시간 측정 방법

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Output pin 에 신호를 출력하고 Oscilloscope 또는 Logic Analyzer 를 이용한 시간 측정 방법

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2.11.5 Profiling Profiling 은 관심을 갖는 사항에 대하여 Time history 정보를

수집하여 분석하는 디버깅 방법이다 .

2.11.5.1 A Time/Position profile dumping into a data array

시간과 위치가 관심 사항 임

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2.11.5 Profiling

2.11.5.2 Profiling Using an Output Port

Output port 를 이용하여 Profile 을 관찰함 .

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2.11.5 Profiling

2.11.5.3 Thread ProfileMultiple Threads 가 실행될 경우 각 Thread 를

Output port pin 에 할당하여 각 Thread 가 실행되는 동안 해당 Pin 에 1 를 출력하여 이 신호를 Multiple-channel scope 로 관측하여 각 Thread 의 실행 Profile를 알 수 있다 .

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