[haker_fox 60]

Добрый день, коллеги! Впервые не уверен, что правильно разместил тему( В общем ситуация такая: нужно исполнять программу на МК (Cortex-M3). Но это программа должна быть загружаемой: грузится с microSD, возможно по сети или из встроенной флешки. Другими словами она должна компилироваться отдельно от основной программы-фреймворка, в котором содержатся все драйвера устройств целовй железки, стеки протоколов и т.п. Скажу сразу: никаких линуксов. В принципе, сама тема не нова. Но хочется определится с путём, каким идти. Примерные требования к загружаемой программе:

1. Пишется на Си, возможно Си++.

2. Никакой графики. Нужны только условные операторы, циклы, математика (несложная, буквально на уровне 5 класса). Ну и нужно дёргать предоставленное API (управление портами ввода-вывода, системные сервисы).

3. Желательно запретить работу с указателями, дабы не попортить содержимое основной системы.

Какие есть соображения:

1. Пишем свой интерпретатор и язык программирования. Примеров здесь, и на гитхабе - достаточно. Минусы решения: это не Си/Си++, язык не будет распространённым, будут ошибки как в компиляторе, так и в самой виртуалке.

2. Пишем приложение, и компилируем тем же компилятором (ну или другим), что и фреймворк. Загружаем приложение, делаем на него jump... Очевидный минус, что даже MPU не сможет полностью защитить устройтсво от зависаний и прочих проблем из-за ошибок в приложении.

3. Ничего не выдумываем. Берём какой-нить компилятор для несложной архитектуры (avr, pic, 8086). Заставляем компилятор генерить "чистый" код (без обращений к ос, биос, без линковки с библиотеками и тп). На своей железки эмулируем архитектуру. Приложение думает, что оно исполняется на "родном" 8086, например. Мы же полностью изолируем код от нашего железа, можем ему запретить делать нехорошие вещи, в любой момент остановить и выдать предупреждение. Минусы: хочется лёгкий компилятор, желательно из одного exe-файла, способный генерить "чистый" код. Компилятор должен быть по свободной лицензии. Вроде gcc и подходит, но это не один экзешник.

4. Взять какой-нить интерпретатор для lua или чего-то подобного. Минус: я не знаю этот язык, да и интерпретаторы ещё нужно от всего вычистить, чтобы встроить в своё окружение.

5. Посматриваю в сторону llvm  и clang. Пока только прокуриваю тему. Но из плюсов - генерит байт код, на который есть документация, а сам код не привязан ни к какому железу.

6. Ваши предложения...

Возможно я немного сумбурно изложил всё... Если что, уточню) Ну в общем задача "простая": сделать "персоналку", способную запускать приложения с полным контролем так, чтобы целевая железка не зависла и не перезагрузилась. При этом ресурсы этой железки весьма скромные: LPC1768, 64 кб ОЗУ, 512 кБ ПЗУ.

[_pv 52]

https://github.com/rswier/c4

 

[haker_fox 60]

4 minutes ago, _pv said:

https://github.com/rswier/c4

Я правильно понимаю, что это и компилятор и виртуалка в одном флаконе?

[_pv 52]

ага, самое забавное, что оно само себя собрать может.

ну и всё что выше этой строки https://github.com/rswier/c4/blob/master/c4.c#L466 можно пожалуй в ПК вынести, оставив в МК только исполнение бинарного кода ВМ.

а вместо OPEN,READ,CLOS,PRTF,MALC,FREE,MSET,MCMP, добавить своё предоставленное API.

 

Но на Lua я бы посоветовал ещё раз взглянуть по лучше, хороший повод познакомиться c этим языком. https://habr.com/ru/post/459602/

[Сергей Борщ 119]

2 часа назад, haker_fox сказал:

Взять какой-нить интерпретатор для lua или чего-то подобного. Минус: я не знаю этот язык

Шикарный документ: Learn Lua in 15 Minutes. Пока не захотите всяких изврщений типа объектно-ориентированности, его вполне хватает. Хотя... классы и наследование в этом документе тоже есть.

[jcxz 184]

2 часа назад, haker_fox сказал:

3. Желательно запретить работу с указателями, дабы не попортить содержимое основной системы.

Попортить можно и без указателей. Если хочется без указателей - может тогда попробовать Яву (язык)? Почти как си, только без указателей. 

Ну а вообще - MPU Вам в помощь.

2 часа назад, haker_fox сказал:

2. Пишем приложение, и компилируем тем же компилятором (ну или другим), что и фреймворк. Загружаем приложение, делаем на него jump... Очевидный минус, что даже MPU не сможет полностью защитить устройтсво от зависаний и прочих проблем из-за ошибок в приложении.

Почему? Кроме MPU можно ещё сделать выполнение этого прикладного кода в user-mode. И системные вызовы - через SVC.

MPU будет защищать память, а всякие зацикливания внутри прикладного кода можно разруливать в прерываниях системного таймера.

2 часа назад, haker_fox сказал:

3. Ничего не выдумываем. Берём какой-нить компилятор для несложной архитектуры (avr, pic, 8086). Заставляем компилятор генерить "чистый" код (без обращений к ос, биос, без линковки с библиотеками и тп). На своей железки эмулируем архитектуру.

Будет ну ооооооооооооочень медленно.

Лучше уж тогда прогнать результат компиляции си-кода (листинг-файл) через какой-то простой парсер, который заменит все команды на вызовы соответствующих им процедур. А внутри этих процедур можно делать операцию, за которую отвечает эта команда (например: LDR R1, [R0] - чтение из памяти в R1) с дополнительной проверкой диапазона адресов и т.п.

Так будет работать хоть немного побыстрее чем простой эмулятор, выполняющий команды в режиме интерпретатора. Тем более что безопасные команды (без доступа к памяти, без переходов и т.п.) можно оставить как есть. Это даст заметный выигрыш по сравнению с режимом интерпретации.

Да и парсер такой написать несложно, и без багов.

2 часа назад, haker_fox сказал:

Возможно я немного сумбурно изложил всё... Если что, уточню) Ну в общем задача "простая": сделать "персоналку", способную запускать приложения с полным контролем так, чтобы целевая железка не зависла и не перезагрузилась. При этом ресурсы этой железки весьма скромные: LPC1768, 64 кб ОЗУ, 512 кБ ПЗУ.

Ещё вариант: припаять рядом дополнительный МК.  

[mantech 35]

4 часа назад, haker_fox сказал:

4 часа назад, _pv сказал:

https://github.com/rswier/c4

Я правильно понимаю, что это и компилятор и виртуалка в одном флаконе?

Делал на подобной стековой машине, результатом доволен, хоть и пришлось перелопатить половину, но мне много чего хотелось

4 часа назад, haker_fox сказал:

Взять какой-нить интерпретатор для lua или чего-то подобного. Минус: я не знаю этот язык,

Мне тогда тоже это не нравилось, хотелось Си подобного...

4 часа назад, haker_fox сказал:

Ничего не выдумываем. Берём какой-нить компилятор для несложной архитектуры (avr, pic, 8086). Заставляем компилятор генерить "чистый" код (без обращений к ос, биос, без линковки с библиотеками и тп). На своей железки эмулируем архитектуру. Приложение думает, что оно исполняется на "родном" 8086, например.

Этот путь тоже проходил - сложно, муторно и создавать системные вызовы сплошная морока из таблиц указателей, ссылок и пр... Вообщем в топку, или если больше заняться нечем на месяцок-другой...

Это я про запуск без эмуляции, а если эмуляция, то да будет заметно медленнее, чем С4...

1 час назад, jcxz сказал:

Будет ну ооооооооооооочень медленно.

На основе С4 с оптимизацией "ручной" и машинной, правильным распределением памяти получил скорость на 400МГц АРМе около 5миллионов байткод-команд в сек, мне было "выше крыши"

Единственный минус - неоптимизирующий компилятор байткода, а в создании нормальных компиляторов я не силен - но за-то он очень простой...

Изменено 10 сентября, 2019 пользователем mantech

[mantech 35]

4 часа назад, haker_fox сказал:

Очевидный минус, что даже MPU не сможет полностью защитить устройтсво от зависаний и прочих проблем из-за ошибок в приложении.

Простейшая проверка выхода за адреса в вирт. машине. Всего несколько команд, которые чуть-чуть будут все притормаживать, но за-то не "вылезите" куда не надо...

4 часа назад, haker_fox сказал:

При этом ресурсы этой железки весьма скромные: LPC1768, 64 кб ОЗУ, 512 кБ ПЗУ.

Ну эт еще нормально. Моя первая виртуалка работала на АТмега1284  128К флеша и 16Кбайт ОЗУ. При этом можно было запустить до 3х задач, в задачах была система прерываний, таймера и порты ввода-вывода, скорость байткода конечно не велика, несколько тыс. команд в сек, при условии 1 задачи, но вкупе с виртуалкой на МК крутилась ФС, с доступом из задач, и проигрывание WAV файлов на внешний ШИМ 8 бит 16КГц, а ДМА в Меге не было Печаль навевал единственный тип данных 16 бит число, памяти мало в меге... На АРМе уже стал 32х битными "ворочать".

Изменено 10 сентября, 2019 пользователем mantech

[haker_fox 60]

9 hours ago, _pv said:

ага, самое забавное, что оно само себя собрать может.

Угу, я поигрался с ней.

9 hours ago, _pv said:

Но на Lua я бы посоветовал ещё раз взглянуть по лучше, хороший повод познакомиться c этим языком. https://habr.com/ru/post/459602/

Меня тут тревожит, наверно, не столько даже новый язык, сколько перспектива вычистки интерпретатора и портирования его под IAR.

7 hours ago, Сергей Борщ said:

Learn Lua in 15 Minutes.

Спасибо, действительно быстро. Вопрос, на сколько качественно?)

7 hours ago, jcxz said:

Попортить можно и без указателей.

Каким образом, что-то вариант не приходит подходящий в голову).

7 hours ago, jcxz said:

Если хочется без указателей - может тогда попробовать Яву (язык)?

Да, этот вариант я тоже рассматривал. И даже маленько поигрался в компилятором javac. Вот только не понял, как можно заставить компилятор обращаться к своему API? В си/си++ я бы сделал таблицу указателей на функции. Ну вот, похоже, что без указателей никуда. А в случае с явой. Напишу, например код

set_gpio(LED0);

И компилятор javac скажет, а я не знаю такую функцию.

7 hours ago, jcxz said:

а всякие зацикливания внутри прикладного кода можно разруливать в прерываниях системного таймера.

Т.е. если программа зависнит (зациклится) её можно будет "прибить"? Можете пояснить чуть подробнее, каким образом можно понять, что программа слишком долго находится в цикле, и как прекратить её исполнение? Как я понимаю, мы в прерывании системного таймера смотрим, что, например, приложение выполнялось три-четыре предыдущих тика таймера, выполняется сейчас (PC в адресном пространстве приложения). И на основании этого делаем вывод, что оно зависло. Но как безопасно его завершить?

7 hours ago, jcxz said:

Ещё вариант: припаять рядом дополнительный МК. 

Такое решение мне не приходило в голову, но это тоже вариант!

6 hours ago, mantech said:

а в создании нормальных компиляторов я не силен - но за-то он очень простой...

Ну вот я и набрёл на llvm + clang. Clang умеет компилировать из Си в байт=код, поддерживает уровни оптимизации.

5 hours ago, mantech said:

Моя первая виртуалка работала на АТмега1284  128К флеша и 16Кбайт ОЗУ.

А какой язык использовали для написания программы?

[arhiv6 14]

 

12 часов назад, haker_fox сказал:

6. Ваши предложения... 

 

1) Использовать готовую ВМ - Pawn. Синтаксис Си-подобный; может работать в режиме как интерпретатора так и исполнять скомпилированные скрипты (во втором варианте виртуальную машину для МК можно собрать без интерпретатора, для экономия места); из виртульной машины нет прямого доступа к остальной памяти МК; много примеров и документации; для написания и компиляции скриптов нет необходимости ставить весь тулчейн для МК. Вот пример его использования.

 

2) Можно использовать RTOS для МК, которая поддерживает исполнение отдельно скомпилированных программ. Например nuttx с её ELF/NXFLAT.  Не линукс :)

[haker_fox 60]

12 minutes ago, arhiv6 said:

Вот пример его использования.

Ага, спасибо! Погляжу этот проект!

12 minutes ago, arhiv6 said:

Не линукс :)

У нас уже проект под FreeRTOS))) Не хотелось бы переползать на что-то другое)

[demiurg_spb 0]

Вы случаем не ПЛК изобретаете?

Если так, то Вам сюда дорога https://beremiz.org/

[haker_fox 60]

26 minutes ago, demiurg_spb said:

Вы случаем не ПЛК изобретаете?

Как вы догадались? Единственное, это не ПЛК (слишком круто), это более похоже на логическое реле. Хотя... хрен редьки...)))

[demiurg_spb 0]

Логическое реле это тот же ПЛК, просто мало входов-выходов.

А пользователю конечному гораздо удобнее работать с такими изделиями стандартными средствами (языки МЭК 61131-3), а не Си и т.п....

Мы подобное даже на AVR делали. Так что по поводу ресурсов не переживайте - там генерируется Си-код, который компилируется нативным компилятором и готовая прога по bootloader загружается в контроллер. 

[haker_fox 60]

6 minutes ago, demiurg_spb said:

Логическое реле это тот же ПЛК, просто мало входов-выходов.

Ну это как бы понятно.

6 minutes ago, demiurg_spb said:

А пользователю конечному гораздо удобнее работать с такими изделиями стандартными средствами

Ну это смотря какому пользователю. Нашему - лучше Си/Си++. Мы делаем эксклюзив. А ПЛК/реле и так на рынке пруд пруди)))