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2 | RPI-ARM64ターゲット依存部 (ssp-1.3.0対応)
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3 | Last Modified: '19/04/16
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6 | (1) 概要
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8 | RPI-ARM64ターゲット依存部は,プロセッサにBCM2837(Cortex-A53コア)を搭載した
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9 | Raspberry Pi3B ボードをサポートしている.
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12 | (2) カーネルの使用リソース
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14 | ・RAM
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15 | コードおよびデータを配置する.
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16 | 使用量はオブジェクト数に依存する.
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17 | ・Generic Timer
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18 | カーネル内部のティックの生成に用いる.
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19 | ・UART0 (PL011)
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20 | コンソールの出力に使用
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23 | (3) 開発環境
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25 | 実行ファイルの構築にはGCC開発環境を用いた(動作確認バージョン: 7.2.1)
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26 | GCC は以下のサイトからバイナリパッケージをダウンロードすることができる.
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27 | https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/
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30 | (4) デバッグ環境
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32 | デバッグ環境として,QEMUのGDBサーバ機能を利用して,GDBによるデバッグが可能.
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33 | ただしRaspberry Pi3 のエミュレーションをサポートするqemuは2.12以降を使用する必要がある.
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36 | (5) 実行環境
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38 | 実行ファイルを含む,起動に必要な以下のファイルをFAT32フォーマットされた
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39 | マイクロSDカードのルート直下にコピーし,Raspberry Pi で起動する.
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41 | (5-1) bootcode.bin, start.elf
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42 | 以下ページから bootcode.binとstart.elfをダウンロードする.
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43 | https://github.com/raspberrypi/firmware/tree/master/boot
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44 | (上記はmasterブランチ付属のファイルであるが,別ブランチの同名ファイルを選択してもよい)
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46 | (5-2) 実行ファイル
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47 | 実行ファイルのバイナリイメージを使用する.
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48 | バイナリイメージは「make ssp.bin」を実行すると生成される.
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49 | ファイル名を kernel.img または kernel8.img にしておくと自動的に読み込まれる.
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51 | (5-3) config.txt
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52 | 起動設定を指定するためのテキストファイル.
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53 | さしあたり,以下の3行を含むテキストファイルを作成すれば良い
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54 | arm_control=0x200
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55 | kernel_old=1
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56 | disable_commandline_tags=1
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57 | これに加え,実行ファイル名を kernel.img, kernel8.img 以外でコピーした場合は
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58 | ファイルを指定するための行を追加しておく.
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59 | kernel=ssp.bin
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61 | この他,config.txt の内容について詳しくは以下を参照のこと.
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62 | https://www.raspberrypi.org/documentation/configuration/config-txt/
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63 |
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64 | (6) QEMUを用いた動作確認
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65 |
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66 | (6-1) QEMUを用いた実行確認
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67 |
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68 | QEMUを用いて実行ファイルを動かす場合,以下のようにコマンドを実行する.
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69 | ここで実行ファイル名を ssp とする
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71 | (実行例)
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72 | $ qemu-system-aarch64 -M raspi3 -display none -serial stdio -kernel ssp
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73 |
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74 | TOPPERS/SSP Kernel 1.3.0 for RPi ARM64 (May 29 2018 , 15:51:44)
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75 | Copyright (C) 2010 by Meika Sugimoto
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76 | Copyright (C) 2010 by Naoki Saito
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77 | Nagoya Municipal Industrial Research Institute, JAPAN
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78 |
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79 | System logging task is started on port 1.
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80 | Sample program starts.
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81 |
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82 | (ここで,「1」「a」とタイプする)
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83 |
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84 | #act_tsk(1)
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85 | task1 is running (001). |
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86 | task1 is running (002). |
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87 | (以下略)
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88 |
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90 | (6-2) GDBによるデバッグ手順
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92 | GDBを用いたデバッグを行う場合,シェルを2つ用意する.
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93 | 一つはqemuを起動しGDBサーバとして起動する.
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95 | (1つ目のシェル)
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96 | $ qemu-system-aarch64 -M raspi3 -display none -serial stdio -s -S
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98 | これで localhost:1234 でGDBサーバが接続を待ち受ける状態になる.
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100 | もう一つのシェルでGDBを起動し,GDBサーバに接続する.
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102 | (2つ目のシェル)
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103 | $ aarch-elf-gdb ssp
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104 | (gdb)
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105 |
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106 | ここで各種の設定,サーバへの接続,ロードを行うとステップや実行等の
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107 | デバッグ動作を行うことができる.
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108 |
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109 | (gdb) set architecture aarch64
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110 | The target architecture is assumed to be aarch64
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111 | (gdb) set debug aarch64
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112 | (gdb) target extended-remote localhost:1234
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113 | Remote debugging using localhost:1234
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114 | 0x0000000000000000 in ?? ()
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115 | (gdb) load
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116 | Loading section .note.gnu.build-id, size 0x24 lma 0x0
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117 | Loading section .text, size 0x5040 lma 0x40000000
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118 | Loading section .rodata, size 0x650 lma 0x40005040
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119 | Loading section .rodata.str1.8, size 0x5b8 lma 0x40005690
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120 | Loading section .data, size 0x8 lma 0x40005c48
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121 | Start address 0x40000000, load size 23668
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122 | Transfer rate: 11556 KB/sec, 1577 bytes/write.
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123 | (gdb) s
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124 | aarch64: prologue analysis gave up addr=0x0x40000000 opcode=0xd50343df
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125 | 58 ldr x0, =vectors
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126 | (gdb) c
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127 | Continuing.
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128 |
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129 | 'c' コマンドで実行を継続すると,GDBサーバ側の画面にシリアルメッセージが表示される.
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130 | キー入力もサーバ側のシェル画面で行う.
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131 |
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132 | 'c' コマンドによる継続中の実行を停止する場合はCtrl-Cで終了する.
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133 | gdb を終了する場合はプロンプトで'q'コマンドを実行して終了する.
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134 |
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135 |
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136 | (7) ターゲット依存部の実装
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137 |
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138 | (7-1) ターゲット略称
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140 | システム略称及びターゲット略称は以下の通り.
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141 |
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142 | システム略称: rpi_arm64
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143 | ターゲット略称: rpi_arm64_gcc である
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144 |
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145 |
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146 | (7-2) 割込み優先度の範囲
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147 |
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148 | BCM2837の割込みコントローラは優先度制御の機能を持たないため
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149 | ソフトウェアで擬似的に実装している.そのため
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150 | 割込み優先度は独自に指定可能である.チップ依存部では既定値として -15 〜 -1 に定義している.
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151 |
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152 | 割込み優先度の最高値(値としては最小値)をターゲット依存部で独自に定義する場合,
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153 | target_kernel.h に TMIN_INTPRI をマクロ定義する.
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154 |
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155 |
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156 | (7-3) タイムティックの定義
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157 |
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158 | TIC_NUMEおよびTIC_DENOの値は既定値としてコア依存部で共に1に定義している.
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159 | ターゲット依存部で独自に定義する場合は target_kernel.h にマクロ定義する.
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160 |
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161 | (7-4) スタートアップルーチンでの初期化内容
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162 |
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163 | Raspberry Pi の場合,以下の状態でシステムが開始する.
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164 | ・例外レベル:EL3
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165 | ・使用スタック: SP_EL3 (EL3h)
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166 | ・ステータスレジスタのFビット及びIビットは1(IRQ,FIQ禁止)
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167 |
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168 | そのためスタートアップルーチンでは,以下の処理を行なった後,sta_ker を呼び出す.
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169 | ・EL3h(AArch64)からEL1h(AArch64)への移行
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170 | ・スタックポインタ及びフレームポインタの初期化
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171 | ・ベクタテーブルアドレスの設定
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172 | ・bssセクションのクリア
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173 |
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174 |
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175 | (7-5) コンソール出力
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176 |
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177 | コンソール出力には PrimeCell UART (PL011)を使用する.
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178 | 以下の通信フォーマットを使用する.
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179 | ・115200bps, Data 8bit, Parity none, Stop 1bit, Flow制御なし
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180 |
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181 |
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182 | (8) 各ファイルでの設定項目(必要に応じて,定義を編集する)
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183 |
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184 | (8-1) Makefile.target
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185 |
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186 | ・GCC_TARGET
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187 | GCCの target triplet を定義
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188 | ・COPTS
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189 | Cコンパイラへのオプション
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190 | ・CDEFS
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191 | 追加のマクロ定義
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192 | ・INCLUDES
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193 | インクルード指定
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194 | ・LDFLAGS
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195 | リンカへのオプション
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196 | ・LIBS
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197 | リンクするライブラリ
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198 |
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199 | ・TEXT_START_ADDRESS
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200 | テキストセクションの開始アドレス
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201 |
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202 | (8-2) target_config.h
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203 |
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204 | ・DEFAULT_ISTKSZ
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205 | デフォルトの非タスクコンテキスト用のスタックサイズ
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206 |
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207 | (8-4) target_kernel.h
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208 |
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209 | ・TMIN_INTPRI
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210 | 割込み優先度の最高値(最小値)
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211 | ・TIC_NUME, TIC_DENO
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212 | タイムティックの周期の分子,分母
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213 |
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214 | (8-3) target_test.h
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215 |
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216 | ・STACK_SIZE
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217 | サンプルプログラムのタスクのスタックサイズ
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218 | ・ALL_STACKSIZE
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219 | 共有スタック領域のサイズ
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220 |
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221 | (8-4) target_timer.h
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222 | ・INTPRI_TIMER
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223 | タイマーの割込み優先度
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224 | ・INTATR_TIMER
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225 | タイマーの割込み属性
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226 |
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227 | ○変更履歴
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228 | ・2019/04/16
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229 | 新規作成
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