Лекция 13

BIOS

AMI, Phoenix, Insyde
Первый BIOS был разработан одной из этих компаний.
Затем другая компания разработала точно такой же BIOS (с точно таким же интерфейсом).
Intel - при разработке платформы разрабатывает свой внутренний BIOS (для отладки железа, также для этого разрабатывается SV OS).
Параллельно:
- Разработка Hardware платформы -> спецификации -> код -> (DFM) layout -> (DFM) Physical Verification (Cadence Design Systems, Calibra, ...) -> Manufacturing
- Разработка внутреннего BIOS
- Разработка SV скриптов
- Разработка функционального симулятора (в соответствии со спецификациями железа)

AMI - разработала конструктор для разработки BIOSов (AMI BIOS)
Phoenix - Тайбей (Taipei) (Тайвань)

Отладка BIOS'а - с устройством ITP (In-Target Probe), отладчик ITP.
Точки останова: hardware (адреса точек останова - в таблице, при выполнении каждой инструкции ее адрес сравнивается с адресами в таблице) и software (инструкции в точках останова заменяются на инструкцию, вызывающую SW прерывание, а при останове перед визуализацией в отладчике инструкция восстанавливается).
HW точки останова сильно замедляют выполнение программы под отладчиком.
Hardware точки останова нужны, когда оперативная память не инициализирована, то есть когда запись вместо инструкции другой инструкции (а именно, инструкции SWI) невозможна.

Как происходит отладка BIOS:
- запускается
- если долго нчего не происходит - проверяется, что он выполняет
- если выполняется deadloop - исследуется, что привело к его вызову. Для этого выполнение запускается сначала с определенным количеством шагов (инструкции). После выполнения этих шагов проверяется, мы уже в deadloop или нет. Затем снова происходит либо запуск сначала, либо выполнение продолжается (тоже с определенным количеством шагов). Так локализуется инструкция, приведшая в deadloop.

Лекция 14

Операционные системы.

Назначение ОС - выполнение прикладных программ.
Два режима процессора: пользовательский (для прикладных программ) и привилегированный.

ОС - программа, работающая на аппаратуре. Дополняет, исправляет ее, приспособлена к ней. Позволяет прикладной программе быть машинно-независимой.

Примеры отличий ОС, недостатки.
a)
Cadence Design Systems (DFM) - ПО, работающее на различных ОС.
NC SIM - симулятор сетевой карты (Network Card).
Solaris в 3 раза медленнее Linux: на Solaris EEPROM тест шел 24 часа, на Linux - 8 часов.
b)
У Windows нет реального тайминга.
Например, нужно симулировать WiFi сеть. Используем драйвер TUN/TAP (симулирует наличие сетевой карточки у компьютера). Если нужны точные тайминги (strict timing sumulation), то Windows не подходит.
Linux - система реального времени => на этой ОС можно реализовать strict timing simulation.

Основное понятие ОС - процесс. Это экземпляр выполняемой программы, включая тек.значения регистров и переменных.
У процесса есть программа, входные данные и состояние.
Алгоритм планирования процессов.

События, приводящие к созданию процессов:
1. Инициализация системы
2. Выполнение работающим процессом системного вызова, предназначеннного для создания процесса
3. Запрос пользователя на создание нового процесса
4. Инициация пакетного задания

Завершение процесса:
1. Обычный выход (добровольно)
2. Выход при возникновении ошибки (добровольно)
3. Возникновение фатальной ошибки (принудительно)
4. Уничтожение другим процессом (принудительно)

Состояния процессов:
1. выполняемый
2. готовый (приостановленный, чтобы дать возм-ть выполнения другому процессу)
3. заблокированный (неспособный выполняться, пока не возникнет какое-нибудь внешнее событие).
Между этими состояниями - четыре перехода: 1->2, 1->3, 3->2, 2->1.

Процессы потребляют ресурсы. Процесс может быть заблокирован тем, что запросил доступ к ресурсу, который не может быть предоставлен.
Если все процессы заблокированы, то такая ситуация называется deadlock.

Пример. Обедающие философы. Если каждый взял палочку справа (ресурс), то палочка слева окажется недоступна и все процессы (философы) окажутся заблокированными.

Задача 1. Как отследить, что в ОС возникла ситуация deadlock.
Дейкстра решил эту задачу.

Обозначим стрелочкой от ресурса к процессу ситуацию, когда ресурс захвачен процессом,
а стрелочкой от процесса к ресурсу - когда ресурс затребован процесом.
Если в этом графе (где узлы - это процессы и ресурсы) есть замкнутый цикл - то диагностируется deadlock.

Задача 2. Как разрешить (преодолеть) deadlock.
Решение Дейкстры: один из процессов освобождает захваченный ресурс. Например, один из философов кладет палочку на стол (справа). В результате сидящий справа от него (тот, кто затребовал этот ресурс) сможет выполняться (обедать). В результате выполнения этот процесс освобождает захваченные ресурсы (обе палочки) и другие процессы смогут их захватить (соседи справа и слева от закончившего обед).

В ОС есть таблица процессов.
Таблица процессов содержит:
- текущее состояние регистра счетчика команд
- текущее состояние регистра указатель стека
- распределение памяти
- состояние открытых файлов
- учетная и планировочная информация
- все остальное, что д.б. сохранено

Threads (нити, потоки). Пример: тестовый редактор, фоновые процессы.
Потоки позволяют распараллеливать работу, сохранив идею последовательных процессов, осуществляюших блокирующие системные вызовы.

Пример использования нитей. Три способа реализации сервера:
1. Потоки - параллельная работа, блокирующие системные вызовы
2. Однопоточный процесс - отсутствие параллельной работы, блокирующие системные вызовы
3. Машина с конечным числом состояний - параллельная работа, неблокирующие системные вызовы, прерывания

Параллельные процессы (и нити) требуют синхронизации доступа к разделяемым (общим) ресурсам.

Разделяемые ресурсы у процессов:

1) Файлы
2) Устройства ввода/вывода
3) Shared memory
...

У нитей разделяемые ресурсы:

1) Файлы
2) Устройства ввода/вывода
3) Глобальные переменные - так как у них общий код и общая область оперативной памяти.

Linux, стандарт POSIX:

int num = 0;

int main(void) {
pthread_create(..., ..., func, &x);
pthread_create(..., ..., func, &x);
}

void func(void *arg) {
while (1) {
if (...)
++num;
}
}

++:
LDR R0, &num (R0 := 0) --> LDR R0, &num (R0 := 0)
INC R0 (R0 := 1) -- INC R0 (R0 := 1)
Передается управление второй нити
STR R0, &num (num := 1) <---- STR R0, &num (num := 1)
В результате num == 1 вместо 2

Для исключения таких ошибок требуется синхронизация доступа к разделяемым ресурсам

Операция по изменению значения переменной должна атомарной операцией (то есть ее нельзя прервать).
Критическая секция - код, выполнение которого не должен быть прервано переключением на выполнение другой нити.