Segger Embedded Studio統合開発環境の付属のGNUリンカを独自コードに変え高速化を実現

ポジティブワン株式会社 2017年10月20日

From DreamNews

Segger社はGNU linkerを独自のSEGGER linkerに変えたことにより、10倍以上速く、コードサイズを2%削減を実現させました。Segger社の正規代理店であるポジティブワン株式会社(本社:東京都渋谷区)は、ARM Cortex向け統合開発環境 Segger Embedded Studioの販売を開始いたします。

独自のSEGGER linkerは、Segger Embedded Studioに完全に切り替えました。これは、非商用目的で無料で使用できる、大きなソフトウェアです。GCCとClang / LLVMの両方のコンパイラを使用して開発の準備が整いました。
Segger Embedded Studioには独自のランタイムライブラリが付属しています。最適化され、GNUランタイムだけでなく、商用で利用できます。Embedded Studioと他のIDEの商用製品を比較すると、弱点の1つがGNUリンカであることが分かりました。何よりも、初期化されたセグメントに圧縮を使用せず、RAMにコードを入れません。GNU linkerは約2%の効率を失います。

◆昔のGNU linker
GNU linkerは、メガバイトの線形仮想アドレッシングが普遍的で、ディスクスペースが無制限であり、処理能力が豊富なUnixの世界から進化しました。これは想像できるように、ローエンドの組み込みシステムを意識しておりません。
小型組み込みシステム(通常は内蔵メモリを備えたマイクロコントローラ)は複雑です。通常、フラッシュメモリとRAM用に別々のメモリ領域があります。しかし、パフォーマンスを向上させるために、RAMは通常、異なる領域に分割されているため、CPUと周辺装置、または同じデバイス内の他のCPUによって同時にアクセスすることができます。
GNU linkerには、このエイリアンの世界にはいくつかの欠点があります。

キャリブレーションデータ、フラッシュ保護バイト、ROMまたはブートローダAPI用の固定アドレスジャンプテーブルなど、組み込みファームウェア環境に共通する典型的な "キープアウト"領域に対応するのに十分な柔軟性はありません。
複数のRAM領域を使用すると、自動的にこれらのRAM領域にデータを分割することはできず、ユーザーはリージョン間で手動でデータの配置を選択する必要があります。リンケージ速度は許容されますが、高速ではありません。大容量のメガバイトオーダーのファームウェアイメージを、さらに大きなメガバイトのデバッグデータでリンクすると、何度も繰り返しリンクすると時間が奪われる可能性があります。

読み書きセクションの初期化を自動的には処理せず、Unixシステムのローダーに委譲します。組み込みシステムでは、初期化されたイメージをフラッシュからRAMにコピーし、main()に入る前に "bss"セクションをゼロにする必要があります。また、GNUリンカは初期化イメージを圧縮してフラッシュ使用を減らすことも、イメージの完全性チェックをサポートするためにCRCを自動的に計算することもできません。

マップファイルはほとんど理解できません。メモリの割り当て、機能とデータのサイズ、マイクロコントローラに入るものは非常に重要なので、正確で読みやすいマップファイルを持たないことは許されません。Segger社は、独自のlinkerを書くことにしました。

SEGGER Linkerをゼロから、従来のコードやレガシーな考え方なしに書いていきます。リンカの設計要旨は、単にGNUリンカの欠点を回避し、単純なリンクを作成し、組み込み開発者のリンク問題を解決することです。

◆新しい、ゼロレガシーのSEGGER linker
SEGGER linkerの設計目標は簡単に述べられています:
・ 大規模なアプリケーションであっても高いリンケージ速度
・ モジュラーリンケージ:必要なものだけにリンクし、自動化
・ 簡単で読みやすいマップファイル

1つまたは複数の特定のシンボルのためにコード/データがどれだけ取り込まれたかを計算するオプション - 特定の暗号(emSSL用)が必要とするFlashメモリの量など、ミドルウェアオプションのコードサイズを測定することが重要です。

・ RAMで初期化されたデータとコードのフラッシュコピースペースを最小限に抑える圧縮オプション
・ 他の一般的なlinker(IARやARMなど)の互換性オプション
・ 最後の操作として別の関数を呼び出すコードのテール最適化。テールを呼び出された関数とマージ可能
・ 入力フラグメント(関数とデータ)をソートするさまざまな方法:アルファベット順、通話距離による地域性向上、パッキングを改善するための整列、サイズ別 - これらはほんのわずかです
・ 小さな関数の自動インライン化
・ オプションで、命令レベルで同一のボディを持つ関数を削除

J-Link、J-Trace、Flasherのファームウェアの一部としてembOS、embOS / IP、emUSB、emFile、Web、FTPサーバーなどのミドルウェアを使用することが含まれます。また、同じハードウェア製品、ほとんどのJ-Linkを利用して、ミドルウェアを開発、テスト、継続的に改善することができます。社内で独自の製品を使用することで、ユーザビリティをチェックし改善するのに役立ちます。この販売サポートを可能としております。

【Seggerの製品ラインURL】
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