閱碼場(chǎng)訓(xùn)練營(yíng)：ARM架構(gòu)與調(diào)試調(diào)優(yōu)

時(shí)間：2022-10-21 14:33:11

關(guān)鍵字： ARM架構(gòu) Linaro TLB

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[導(dǎo)讀]我是從ARM7TDMI開始接觸ARM架構(gòu)的，當(dāng)時(shí)很幸運(yùn)有DSP的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，同時(shí)遇到了把ARM架構(gòu)和操作系統(tǒng)結(jié)合講解的書籍。這樣，結(jié)合自己不斷的實(shí)踐，一直可以跟上ARM架構(gòu)的演進(jìn)。長(zhǎng)期的跟蹤也讓我容易能看到ARM的趨勢(shì)，我從Linaro在做ARM NEON指令集優(yōu)化關(guān)注到Linaro，后面持續(xù)的關(guān)注以Linaro為首ARM生態(tài)組織的發(fā)展，幾年后的2017年，我作為演講人分享了ARM架構(gòu)下的一個(gè)TLB性能優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)了從關(guān)注到深度參與到過程。

有沒有覺得從嵌入式到服務(wù)器領(lǐng)域，ARM芯片在很多地方出現(xiàn)？

有沒有發(fā)現(xiàn)海內(nèi)外巨頭都在做ARM芯片？
有沒有覺得ARMv7，v8，v9，Cortex，Neoverse，ARM ARM，TRM，APCS，SCMI等內(nèi)容看著眼花繚亂？
有沒有覺得操作系統(tǒng)學(xué)了做了很多，遇到ARM相關(guān)的問題還是無從下手？

我是從ARM7TDMI開始接觸ARM架構(gòu)的，當(dāng)時(shí)很幸運(yùn)有DSP的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，同時(shí)遇到了把ARM架構(gòu)和操作系統(tǒng)結(jié)合講解的書籍。這樣，結(jié)合自己不斷的實(shí)踐，一直可以跟上ARM架構(gòu)的演進(jìn)。長(zhǎng)期的跟蹤也讓我容易能看到ARM的趨勢(shì)，我從Linaro在做ARM NEON指令集優(yōu)化關(guān)注到Linaro，后面持續(xù)的關(guān)注以Linaro為首ARM生態(tài)組織的發(fā)展，幾年后的2017年，我作為演講人分享了ARM架構(gòu)下的一個(gè)TLB性能優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)了從關(guān)注到深度參與到過程。

如果把工程師的成長(zhǎng)比喻為一架持續(xù)飛行的飛機(jī)。學(xué)習(xí)框架是飛機(jī)的兩翼，實(shí)踐就是飛機(jī)的引擎，課程中會(huì)反復(fù)結(jié)合三位一體的學(xué)習(xí)方法，不斷從帶領(lǐng)大家實(shí)踐到大家自己動(dòng)手。一路走來，希望我的經(jīng)驗(yàn)?zāi)軒椭酱蠹疑僮卟槐匾膹澛罚嗟木δ苡迷谧约旱拈L(zhǎng)期目標(biāo)上。

張健老師在實(shí)際工作和培訓(xùn)中，遇到很多實(shí)際案例。從Linux內(nèi)核到用戶空間，有很多和ARM架構(gòu)相關(guān)的問題。系統(tǒng)掌握了ARM架構(gòu)就等于有了一雙新的眼睛，幫助大家解決技術(shù)問題，改善系統(tǒng)性能。

01 課程大綱

第一部分從坐而言到起而行

? 復(fù)習(xí)Linux用戶空間編譯過程（配置，編譯，安裝：configure，make，make install），編譯Linux內(nèi)核常見的測(cè)試套件：LTP。

? 編譯內(nèi)核和文件系統(tǒng)。

? 觀察內(nèi)核啟動(dòng)過程（CPU特性，memory，dma zone，GIC，timer，psci），介紹ARM架構(gòu)中的概念。

? 實(shí)驗(yàn)：動(dòng)手編譯內(nèi)核和文件系統(tǒng)。

第二部分軟件和硬件的接口：匯編語言

? 從Linux用戶空間測(cè)試代碼（來自LTP）看ARM架構(gòu)常見指令。

? 實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)尾秸{(diào)試算術(shù)，跳轉(zhuǎn)和load/store指令。

? 理解調(diào)用棧的概念。

第三部分：我是誰，我能做什么：異常處理

? 異常的核心是什么。

? 如何用匯編語言調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用。

? 異常的進(jìn)入和退出；

? 從Linux內(nèi)核到虛擬化

? 從Linux內(nèi)核安全OS

第四部分：用頁表屬性的磚搭建ARM的內(nèi)存世界

? 內(nèi)存基本概念

? MMU的原理

? cache基本概念

? 頁表和頁表屬性

? 演示實(shí)驗(yàn)：continuous bit hint的應(yīng)用

? cache的結(jié)構(gòu)（含演示實(shí)驗(yàn)）

? cache coherence。

? 原子操作

第五部分：Death is another beginning：Linux內(nèi)核crash調(diào)試

? 內(nèi)核調(diào)試方法概述

? Linux內(nèi)核crash分析實(shí)例

第六部分：軟件工程師的瑞士軍刀：調(diào)測(cè)。

? coresight原理；

? perf與coresight，PMU結(jié)合使用；

? 調(diào)優(yōu)的USE模型；

? 演示實(shí)驗(yàn)：perf PMU分析系統(tǒng)性能。

總計(jì)12h

ARM架構(gòu)已經(jīng)有41年的歷史，目前市場(chǎng)上以v8架構(gòu)為主，也還有一定的v7架構(gòu)芯片。v9架構(gòu)基本還沒有產(chǎn)品出現(xiàn)。本課程以v8為主，同時(shí)兼顧v8中與v7，v9相同的部分。

站在架構(gòu)角度看，匯編語言，異常處理和內(nèi)存管理處于核心位置。內(nèi)核crash調(diào)試和調(diào)測(cè)技術(shù)體現(xiàn)的是對(duì)ARM和系統(tǒng)的綜合理解。課程首先結(jié)合實(shí)例和練習(xí)介紹匯編語言，異常處理和內(nèi)存管理。最后用內(nèi)核crash調(diào)試和調(diào)測(cè)技術(shù)把前面知識(shí)串聯(lián)起來，幫助大家綜合應(yīng)用。

不同于很多上來講匯編語言的ARM課程，課程首先介紹講解“理論，代碼，實(shí)踐”三位一體的學(xué)習(xí)方法，然后在每章的課程中，用開頭的引導(dǎo)問題引發(fā)打大家的思考，最后用課后練習(xí)保證大家的學(xué)習(xí)效果。課程中的明線是ARM架構(gòu)，暗線是系統(tǒng)調(diào)試和調(diào)優(yōu)，會(huì)在合適的地方出現(xiàn)調(diào)試/調(diào)優(yōu)的工具，并在課程的最后兩課對(duì)調(diào)試和調(diào)優(yōu)有全面的學(xué)習(xí)。

02 適合誰學(xué)

?BSP工程師；

?Linux驅(qū)動(dòng)工程師；

?固件工程師；

?系統(tǒng)軟件工程師；

?IC驗(yàn)證工程師。

?希望從X86遷移到ARM的軟件工程師。

03 你將收獲

1.熟悉ARM架構(gòu)各類專業(yè)詞匯，遇到問題能從正確方向入手；

2.對(duì)匯編語言不再害怕，能看懂和上手調(diào)試；

3.對(duì)異常處理有從上到下縱向的理解，既能調(diào)試底層代碼，也能在上層應(yīng)用異常概念完成開發(fā)工作；

4.能理解操作系統(tǒng)物理內(nèi)存管理的核心，將來可以向上對(duì)接操作系統(tǒng)更豐富的內(nèi)存管理能力，從而為掌握操作系統(tǒng)打下基礎(chǔ)；

5.結(jié)合ARM架構(gòu)知識(shí)靈活運(yùn)用系統(tǒng)的調(diào)測(cè)能力。

04 講師介紹

十四年IT基礎(chǔ)設(shè)施研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，其中包括六年Linux kernel一線研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，在suse，華為，星際比特（技術(shù)合伙人）等公司工作。

作為團(tuán)隊(duì)核心成員參與了大陸第一個(gè)Cortex-A8 SOC芯片研發(fā)，負(fù)責(zé)CPU軟件驗(yàn)證，操作系統(tǒng)移植等工作。

作為華為派駐到Linaro的技術(shù)專家，主導(dǎo)/參與多個(gè)Linux與arm架構(gòu)相關(guān)特性研發(fā)（ILP32，continuous bit hint，kernel selftest等）

在拉斯維加斯，柏林，布達(dá)佩斯和北京多次發(fā)表技術(shù)演講：

?2020 第?屆開源操作系統(tǒng)年度技術(shù)會(huì)議（OS2ATC） Linux On RISC-V最新進(jìn)展和遷移要點(diǎn)?2019 ?知錄 ARM在企業(yè)級(jí)的應(yīng)?與前景?2019 建設(shè)銀? ARM在企業(yè)級(jí)的應(yīng)?與前景?2018 Recent Kernel Update(Ubuntu Kylin 18.04 meetup in Beijing)?2017 Linaro Connect Budapest: BUD17-305 - Implement contiguous page hint for anonymous page in user space?2016 Linaro Connect Las Vegas: LAS16-TR07: Working upstream [Mandarin]?2016 Linuxcon Europe: An efficient unit test and fuzz tools for kernel/libc porting?2015 patent in US, EP, CN, WO(WO2017054610A1): Computer, and method and apparatus for controlling quality of service?2014 openSUSE Asia Summit: openSUSE on ARM

06 往期精彩回顧

Ftrace訓(xùn)練營(yíng)1期線上合影

Ftrace訓(xùn)練營(yíng)1期證書

閱碼場(chǎng)訓(xùn)練營(yíng)文化衫

學(xué)員好評(píng)