ARM架构与调测调优实战

第一章：从坐而言到起而行：ARM架构概述

• ARM架构的学习方法
• ARM架构的历史
• ARM的应用：iphone，Android，华为鲲鹏，苹果Mx，AWS graviton。
• ARMv7介绍：NEON，thumb2，虚拟化，coresight等。
• ARMv8介绍：第一个64位架构。
• ARM Cortex-A系列；
• ARM Neoverse系列；
• ARMv9介绍；
• ARM SOC和SPEC（思维导图）
• 编译用户空间的程序：configure，make，make install
• buildroot内核和文件系统
• 为什么要学习启动过程。
• ARM启动过程日志分析：CPU，memory，GIC，timer，PSCI等。

第二章：软件和硬件的接口：汇编语言      

• 引导问题：如何用GDB跳过一部分代码，并正确执行。
• 反汇编看看汇编语言长什么样子。
• 寄存器
• 汇编语言：算术运算
• 汇编语言：load/store
• 汇编语言：寻址方式
• APCS64
• 函数调用要保存哪些寄存器。
• 汇编语言：跳转。
• 实例：用内嵌汇编语言使用算术，跳转和load/store。
• ARM64的内核+ARM32的应用。呼应第一节课的ARMv7指令集。
• 断点调试停止了谁？
• GDB单步调试。
• GDB修改寄存器。
• GDB跳转到指定位置。
• system control register。为后面异常处理铺垫。
• memory map寄存器。为后面内存部分铺垫。
• 编译器优化和架构的关系：-march，-mtune

第三章：我是谁-我从哪里来-我要到哪里去:异常处理

• 引导问题：内核是如何做到用户空间对缺页无感的
• 继续前面串口调用的面试题：如何在Linux用户空间使用串口
• 如何在Linux用户空间使用串口续：什么是系统调用
• 系统调用与系统的层次关系。
• 异常处理有哪两种情况
• 异常处理有哪两种情况续：被打断->处理->恢复运行。
• 异常处理有哪两种情况续1：举例子：缺页。
• 异常处理有哪两种情况续2：举例子：非法指令。
• 异常处理有哪两种情况续3：举例子：向前兼容旧指令（emuation）。
• 演示实验：使用汇编语言调用系统调用。
• 异常是如何处理的？进入：异常向量表。
• aarch64异常向量表的四个情况：前两种：内核到内核。
• aarch64异常向量表的四个情况：第三种：64位应用到内核。
• aarch64异常向量表的四个情况：第四种：32位应用到内核。
• 异常是如何处理的？进入：现场保存（结合伪代码）。
• 异常是如何处理的？进入：现场保存（结合代码）
• 异常是如何处理的？异常状态寄存器：ESR
• 灵活应用。如果是64位汇编语言，但是elf是32位的。异常该如何处理。
• 异常是如何处理的？退出。返回地址的计算，ELR，恢复现场（结合伪代码）。
• 异常是如何处理的？退出。返回地址的计算，ELR，恢复现场（结合代码）。
• 中断和异常。（承接前面的异常向量表没提到的部分）
• 从Linux内核到安全OS：基本概念。
• 从Linux内核到安全OS：中断的路由
• 从Linux内核到虚拟化管理。
• 异常与调试：SS（singlestep）
• 特权管理总结：寄存器，返回地址
• 异常实战：缺页异常。

第四章：用页表属性的砖搭建ARM的内存世界

• 什么是内存
• 什么是内存（续）：扩展：PMEM。
• MMU的基本概念
• 页表的作用：VA到PA
• 页表的作用（续）：不同类型memory的管理。
• cache基本概念
• cache和memory的关系：cache使用了sram
• cache和memory的关系（续）：cache和memory的latency
• 页表的作用（续2）：normal memory属性。
• ARM系统的硬件架构
• 页表的作用（续3）：device memory属性。
• 页表属性举例：/dev/mem
• 页表属性举例（续）：UIO
• 页表演示实验：内核静态页表。层次关系和关键函数。
• 知识延伸：页表属性和总线，IOMMU。
• 综合应用：PAC
• cache一致性：协议：MESI，MOESI。
• cache一致性：PoC，PoU。
• cache一致性API。
• cache一致性：如何保证系统的cache一致性。
• 页表的cache：TLB
• 性能讨论：如何降低TLB miss：ASID。
• 性能讨论：如何降低TLB miss（续）：continuous bit hint。
• continuous bit hint举例
• 综合应用，系统休眠的时候需要做什么：保存现场；没有cache，tlb放存
• 原子操作。
• 知识延伸：cache partition。
• 知识延伸：memory和RAS。

第五章：Death is another beginning：Linux内核crash调试

• debug and profiling
• 内核调试方法：printk
• 内核调试方法：ftrace
• 内核调试方法：sysreq（引出问题：调试需要看到哪些信息）
• 内核调试方法：kgdb（联系前面单步调试在调试什么）
• 从实际案例中抽出的异常日志；
• 系统crash日志的组成部分。
• 内核的异常处理流程
• 使用gdb调试qemu虚拟机的原理
• 演示实验：使用qemu调试crash内核。

第六章：软件工程师的瑞士军刀：调测

• 调测的类型：断点，trace和XMU
• coresight架构
• coresight：断点调试
• 系统中如何协同调试：cross trigger
• semi-host
• 硬件调试器捕获异常。
• 软件调试是如何实现的：详解单步调试。（呼应异常部分的SS状态）（结合代码）
• ptrace系统调用。
• coresight：trace
• perf使用coresight trace。
• 系统性能分析的USE模型
• 系统性能分析：utilization和saturation举例
• PMU