ARMv7 프로세서 프로그래밍
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작가정보
저자(글) 제임스 랭브리지
저자 제임스 랭브리지(James A. Langbridge)는 다른 사람에게 자기 이야기를 하는 것을 그다지 좋아하진 않지만, 그래도 해야 할 때는 하려고 노력하는 편이다. 싱가폴에서 태어났고 부모님을 따라 프랑스 낭트에 정착하기 전까지 여러 나라에서 거주했다. 현재 프랑스 낭트에서 부모님을 모시고 딸과 함께 살고 있다.
임베디드 시스템 컨설턴트며 기업, 군대, 모바일 텔레폰, 항공 보안 회사에서 15년이상 근무했다. 주로 어셈블리로 부트로더를 만들거나 최적화하는 등의 로우 레벨 개발을 했으며, 거의 대부분 작은 프로세서를 사용해왔다. 이 책과 관련한 계약을 하지 않았을 때는, 임베디드 시스템과 관련하여 엔지니어들을 교육하는 일을 하거나 파트너들을 당황케 하는 신기한 물건을 만들곤 했다.
여섯 살 때 첫 번째 컴퓨터 프로그램을 만들었으며 그 이후로 계속 프로그래밍을 하고 있다. BBC 마이크로Micro와 아미가Amiga 전에는 애플 II, ZX80, ZX81을, 그 이후로는 PC를 사용하고 있다.
번역 이유찬
역자 이유찬은 중학교 때 처음 컴퓨터를 접하고 컴퓨터에 미쳐 살다가 대학에서 컴퓨터 공학을 전공하고 나서야 컴퓨터라는 학문이 얼마나 어려운지 뼈저리게 깨달은 전형적인 전산쟁이다. 대학 졸업 후 시스템 최적화 분야의 업무를 담당하고 있는 모바일 개발자로, 틈틈이 게임을 즐기며 새로운 프로그래밍 기법을 공부하는 늦깎이 프로그래머이기도 하다. 좋아하는 분야는 자바와 C#, C++ 같은 객체 지향 프로그래밍이며, 현재는 함수형 프로그래밍에 푹 빠져 있다.
작가의 말
임베디드 시스템의 세계에서는 ARM CPU를 사용하지 않고는 일을 하기가 어렵다. ARM CPU는 저전력 기능에 최적화되어 있아 모바일 임베디드 시스템을 만드는 데는 최고의 CPU다. 2012년 이후로 거의 모든 PDA와 스마트폰에는 ARM CPU가 탑재됐으며, ARM은 모든 32비트 임베디드 시스템의 약 75%를 차지하게 됐고 임베디드 RISC 시스템의 약 90%를 점유하게 됐다. 2005년에 팔린 모바일 폰 10억 대 중 98%에 적어도 하나의 ARM 프로세서가 사용됐다. 모바일 폰, 태블릿, MP3 플레이어, 게임용 콘솔, 계산기, 심지어는 컴퓨터 부품인 블루투스 칩과 하드디스크 드라이버에서조차 ARM 프로세서를 볼 수 있다. 두 달마다 10억 대의 ARM 프로세서가 선적되지만 ARM이 직접 프로세서를 제작하지 않는다는 사실이 놀라울 따름이다. ARM은 코어를 설계하며 ARM 파트너들이 이 설계를 사용해 자신들의 프로세서를 제작한다. 그리고 외부 디바이스와 주변장치를 추가 하거나 속도와 소비 전력의 이점을 부각시키기 위해 설계를 수정하기도 한다. 제조사와 밀접하게 일을 하면서 ARM은 거대한 에코시스템을 만들어왔다. 그 결과 프로세서의 놀라운 영역을 구축하게 됐으며, 모든 클래스의 디바이스에서 모든 타입에 적용하게 됐다. 또한 공통된 아키텍처를 사용해 실행하게 했으며 개발자들이 하나의 프로세서에서 다른 프로세서로 쉽게 옮겨갈 수 있도록 했다. ARM 프로세서는 더 이상 성능 제약이 있는 작은 프로세서가 아니다. ARM 프로세서는 가장 작은 시스템에서 사용하는 마이크로컨트롤러부터 서버에서 사용되는 64비트 프로세서까지 그 영역을 확대해왔다. 이 책은 여러분에게 임베디드 ARM 시스템에 대해 소개한다. 시스템을 동작시키는 방법과 해당 플랫폼에서 개발하는 방법을 알아보고, 이 거대한 에코시스템에서 사용 가능한 디바이스로는 어떤 것들이 있는지도 소개한다. - 저자
이 책은 애플의 아이폰과 삼성의 갤럭시 시리즈는 물론이고 현재 판매되고 있는 스마트 폰의 90% 이상(아마 거의 99%에 해당될 것으로 생각된다)을 점유한 ARM 기반 프로세서를 이용하는 노하우를 기술한 책이다. ARM 기반 프로세서는 스마트폰뿐만 아니라 주변에서 쉽게 볼 수 있는 TV, 냉장고, 세탁기 등의 가전제품과 프린터/복사기, 네트워크 장비 등의 전문화된 전자 장비까지 PC를 제외하고는 거의 대부분의 전자 제품에 탑재되어 있다고 해도 과언이 아니다. 근래에는 자동차의 제어 장치나 전자 장치까지도 그 영역이 확대되고 있다. 이 책은 단순히 ARM의 역사와 아키텍처만 소개하는 데 그치지 않는다. ARM의 어셈블리 명령어와 Thumb 명령어의 자세한 내용은 물론이고, 기존 서적에서는 거의 다루지 않는 NEON 명령어의 사용 방법도 설명하고 있다. ARM을 이용해 프로그래밍을 하는 실제 개발자들 중에서도 NEON 명령어를 자유자재로 사용하는 개발자는 드물다. ARM 기반 프로세서가 장착된 스마트폰이든 ARM 프로세서를 사용하는 전문적인 장비이든 상관없이 자신이 개발하는 애플리케이션의 성능(여기서 성능은 실행 속도 혹은 연산 속도를 의미한다)을 폭발적으로 끌어올리고 싶은 개발자들은 반드시 NEON을 사용해야 한다. 또한 이 책에서는 NEON뿐만 아니라 C 언어를 사용할 때의 최적화 기법에 대해서도 설명한다. 여기서 언급한 최적화 기법들은 당장 실전에 도입하더라도 손색이 없을 만큼 강력한 기능들이다. 나 역시 종종 ARM 프로세서를 사용해 개발하는 개발자이기 때문에 이 책의 번역을 처음 의뢰받았을 때 기대 반 걱정 반으로 시작했다. 내가 경험해보지 못한 어떤 기능들을 접하게 될지 기대했고, 너무 하드웨어에 치중한 설명이나 예제로 인해 번역서를 접하는 독자들이 읽기에 어렵지는 않을지 걱정했다. 그러나 이 책의 번역을 모두 끝낸 지금, 시작할 때의 기대는 두 배가 됐고 시작할 때의 걱정은 기우였다. ARM의 역사를 소개하는 1장부터 최적화된 C 언어를 이용하는 프로그래밍을 소개하는 10장까지 흥미진진한 역사서를 읽는 기분이었고, ‘옮긴이의 말’을 작성하는 지금은 ARM에 대한 지식으로 배가 부른 포만감에 흐뭇하게 웃고 있다. - 역자
목차
- 1부 ARM 시스템과 개발
1장 ARM의 역사
__ARM의 기원
____아콘이 새로운 프로세서를 만들기로 결정한 이유
____아콘은 어떻게 ARM이 되었을까?
____ARM이 실제로 마이크로프로세서를 생산하지 않는 이유
__ARM의 명명 규칙
____사용하는 프로세서의 이름에 대한 규칙
____ARM7TDMI와 ARM926EJ-S의 차이점
____ARM7과 ARMv7의 차이점
____Cortex-M 및 Cortex-A의 차이점
__제조사 문서
__오늘날의 ARM 역할
__정리
2장ARM 임베디드 시스템
__ARM 임베디드 시스템의 정의
____시스템 온 칩이란 무엇인가?
____임베디드 시스템과 시스템 프로그래밍의 차이점
____최적화가 중요한 이유
____RISC 아키텍처의 장점
__적합한 프로세서의 선택
__어떤 것부터 시작해야 할까?
____사용 가능한 보드
____사용 가능한 운영체제의 종류
____각자의 목적에 가장 부합하는 컴파일러는 무엇인가?
____디버깅을 위한 준비
____모든 게 갖춰진 개발 환경이 존재할까?
____알아둬야 할 그 밖의 사항들
__정리
3장 ARM 아키텍처
__기본적인 이해
____레지스터
____스택
____내부 RAM
____캐시
__다른 ARM 서브시스템 알아보기
____프로세서 레지스터의 표현
____CPSR
____연산 유닛
____파이프라인
____밀접하게 연결된 메모리
____코프로세서
__그 밖의 개념 이해
____예외란 무엇인가?
____각기 다른 예외 처리
____연산 모드
____벡터 테이블
____메모리 관리
__다른 기술
____JTAG 디버그(Debug, D)
____강화된 DSP(Enhanced DSP, E)
____벡터 부동소수점(Vector Floating Point, F)
____EmbeddedICE(I)
____제이젤(Jazelle, J)
____롱 멀티플라이(Long Multiply, M)
____Thumb(T)
____합성 가능(Synthesizable, S)
____트러스트존(TrustZone)
____NEON
____big.LITTLE
__정리
4장ARM 어셈블리 언어
__어셈블리 언어의 소개
__컴퓨터와의 대화
__어셈블리를 배워야 하는 이유
____속도
____용량
____재미!
____컴파일러는 완벽하지 않다
____어셈블리를 통해 컴퓨터 과학 이해하기
____직접 어셈블리로 작성하면 안 될까?
__어셈블리의 사용
____부트로더의 작성
____리버스 엔지니어링
____최적화
__ARM 어셈블리 언어
____레이아웃
____명령어 포맷
____조건 코드
____조건 플래그 업데이트
____어드레싱 모드
__ARM 어셈블리 프라이머
____로드와 저장
____값에 대한 설정
____분기
____수학 연산
____예제 프로그램의 이해
__정리
5장 첫발 내딛기
__Hello, World!
__좀 더 자세하게 살펴보기
__Hello World, 실제로 적용해보자!
__소프트웨어 구현
__메모리 매핑
__실제 예제
____실리콘 랩의 STK3800
____실리콘 랩의 STK3200
____아트멜 D20 Xplained Pro
__케이스 스터디: U-Boot
__머신 스터디: 라즈베리 파이
____부트 과정
____라즈베리 파이를 위한 프로그램 컴파일
____다음 작업
__정리
6장 Thumb 명령어 세트
__Thumb
__Thumb-2 기술
__Thumb을 실행하는 방법
__Thumb을 사용할 때의 장점
__Thumb을 사용하는 코어
__ARM-Thumb 인터워킹
__Thumb-1의 소개
____레지스터 사용 가능성
____제거된 명령어
____조건이 없음
____플래그 설정
____배럴 시프터가 없음
____즉시값의 감소
____스택 연산
__Thumb-2의 소개
____새로운 명령어
____코프로세서
____DSP
____FPU
__Thumb으로 작성하기
__정리
7장 어셈블리 명령어
__이동
____MOV
____MVN
____MOVW
____MOVT
____NEG
____예제: 명령어 스트림에서 32비트 상수의 로드
__산술
____ADD
____ADC
____SUB
____SBC
____RSB
____RSC
____예제: 기본적인 수학
__제한된 산술
____QADD
____QSUB
____QDADD
____QDSUB
__데이터 전송
____LDR
____STR
____예제: memcpy
__논리
____AND
____EOR
____ORR
____BIC
____CLZ
__비교
____CMP
____CMN
____TST
____TEQ
__분기
____B
____BL
____BX
____BLX
____예제: 0을 카운트하기
____예제: Thumb 인터워킹
____MOV pc, lr이란?
__곱셈
____MUL
____MLA
____UMULL
____UMLAL
____SMULL
____SMLAL
__나눗셈
____SDIV
____UDIV
__다중 레지스터 데이터 전송
____STM
____LDM
__배럴 시프터
____LSL
____LSR
____ASR
____ROR
____RRX
__스택 연산
____PUSH
____POP
____예제: 서브루틴으로부터의 리턴
__코프로세서 명령어
____MRC
____MCR
__추가적인 명령어
____SVC
____NOP
____MRS
____MSR
__정리
8장 NEON
__NEON을 사용할 때의 이점
__NEON에서 지원하는 데이터 타입
__어셈블리에서 NEON의 사용
____레지스터의 표현
____데이터의 로드와 저장
____최적화된 memcpy
____NEON 명령어
__C 언어에서 NEON의 사용
____인트린직
____NEON 인트린직의 사용
____이미지를 그레이스케일로 변환
__정리
9장 디버깅
__디버거란?
____디버거의 기능
____ARM 디버깅 능력
__디버깅 타입
____루프
____루틴
____인터럽트 컨트롤러
____부트로더
__디버거
____GNU 디버거
____J-Link GDB 디버거
__디버깅 예
____무한 루프
____알려지지 않은 예외
____0으로 나눗셈
__상세한 분석
____데이터 취소
____시리얼 라인의 문제
____64비트 연산
____시간 응답
__정리
10장 최적화된 C 코드의 작성
__코드 최적화의 규칙
____최적화로 시작하지는 말자
____컴파일러에 대한 지식
____여러분이 작성한 코드에 대한 지식
__프로파일링
____운영체제 안에서의 프로파일링
____베어 메탈 시스템에서의 프로파일링
__C 최적화
____기본적인 예제
____카운트를 높이는 것이 아니라 줄여야 한다.
____정수
____나눗셈
____너무 많은 파라미터를 사용하지는 말자
____객체가 아닌 포인터
____시스템 메모리를 자주 업데이트해서는 안 된다
____정렬
__어셈블리 최적화
____특별한 루틴
____인터럽트의 처리
__하드웨어 설정 최적화
____주파수 설정
____캐시 설정
__정리
2부 레퍼런스
부록 A 용어
__분기 예측
__캐시
____캐시 히트
____캐시 라인
____캐시 미스
__코프로세서
__CP10
__CP11
__CP14
__CP15
__사이클
__예외
__인터럽트
__제이젤
__JTAG
__MIPS
__NEON
__비순차 실행
__파이프라인
__레지스터
__SIMD
__SoC
__합성 가능
__트러스트존
__벡터 테이블
부록 B ARM 아키텍처 버전
__ARMv1
__ARMv2
__ARMv3
__ARMv4
__ARMv5
__ARMv6
__ARMv6-M
__ARMv7-A/R
__ARMv7-M
__ARMv8
부록 C ARM 코어 버전
__ARM6
__ARM7
__ARM7TDMI
__ARM8
__StrongARM
__ARM9TDMI
__ARM9E
__ARM10
__XScale
__ARM11
__Cortex
____Cortex-A
____Cortex-R
____Cortex-M
부록 D NEON 인트린직과 명령어
__데이터 타입
__레인 타입
__어셈블리 명령어
__인트린직 명명 규칙
부록 E 어셈블리 명령어
__ARM 명령어
____산술 명령어
____병렬 산술 명령어
____이동
____로드
____저장
____논리
____비교
____새튜레이트
____분기
____확장
____기타
__Cortex-M 코어에서의 Thumb 명령어
출판사 서평
★ 이 책에서 다루는 내용 ★
■ 여러 시스템에서 모든 ARM 프로세서에 공통적으로 사용하는 기술을 명확하게 설명해 임베디드 ARM 개발의 세계에 좀 더 쉽게 적응하도록 해준다.
■ 보드, 소프트웨어, 레퍼런스를 포함해 ARM 시스템에서 개발에 필요한 여러 가지 툴을 소개한다.
■ 어셈블리 언어를 사용해 빠른 속도로 로우 레벨 프로그래밍과 디버깅을 시작할 수 있게 해준다.
■ ARM 프로세서를 통해 빠른 코드를 개발하는 데 필요한 최적화 방법을 알려준다.
★ 이 책의 대상 독자 ★
주로 임베디드 분야에서 처음 시작하는 개발자들을 대상으로 한다. C 언어에 대한 기본적인 이해가 있어야 이 책에 나오는 대부분의 예제 코드를 이해할 수 있지만 어셈블리 언어에 대한 지식은 굳이 필요하지 않다. 또한 이 책은 프로세서의 내부 지식에 대해 좀 더 공부하고 싶은 개발자와 코어 내부를 좀 더 깊게 이해하고 싶은 개발자를 위해 작성됐다.
★ 이 책의 구성 ★
이 책은 ARM 프로세서를 사용해본 경험이 없는 독자들에게 가능한 한 많은 정보를 주기 위한 목적으로 만들어졌다. ARM의 철학을 이해하려면, ARM이 어디서부터 왔으며 ARM 프로세서가 어떻게 탄생했는지를 이해해야 한다. 따라서 이 책은 임베디드 프로젝트의 모든 영역을 다룬다. 또한 프로세서와 그 확장 모델에 대한 이해, 어셈블러의 이해, 그리고 더 친숙한 C 언어를 사용한 첫 번째 프로그램의 작성과 디버깅 및 최적화 방법에 대해서도 설명한다.
1장, 'ARM의 역사'에서는 ARM의 역사를 개괄적으로 다루는데, ARM이 어디서부터 왔고 왜 오늘날의 ARM이 되었는지에 대해 설명한다.
2장, 'ARM 임베디드 시스템'에서는 임베디드 시스템이 무엇인지 알아보고, ARM 시스템의 강점을 살펴본다.
3장, 'ARM 아키텍처'에서는 ARM 프로세서를 구성하는 여러 가지 항목을 설명하고, 이를 효과적으로 사용하는 방법을 배워본다.
4장, 'ARM 어셈블리 언어'에서는 ARM 어셈블리 언어를 소개하고, 어셈블리 언어를 이해하는 일이 왜 중요한지 살펴본다.
5장, '첫발 내딛기'에서는 프로그램을 작성하기 위한 시뮬레이터와 실시간 카드에 대해 소개한다. 이 두 가지를 사용해 ARM 프로세서를 시작할 수 있으며, 더 복잡한 프로그램을 만들기 위한 기본에 대해 설명한다. 또한 실제 시나리오 프로젝트에 대해서도 설명한다.
6장, 'Thumb 명령어 세트'에서는 Thumb 모드와 Thumb-2 확장에 대해 설명한다. Cortex-M 프로세서에서는 Thumb 모드만 사용할 수 있지만, Thumb은 코드의 밀도(density)가 필요한 모든 현대 프로세서에서 사용할 수 있다.
7장, '어셈블리 명령어'에서는 ARM의 UALUnified Assembly Language에서 제공하는 어셈블리 명령어와 그 어셈블리 명령어를 사용해 쉽게 프로그램을 작성하는 방법을 배워본다.
8장, 'NEON'에서는 ARM의 향상된 SIMDSingle Instruction Multiple Data 프로세서인 NEON에 대해 살펴보고, 이 NEON을 사용해 수학적으로 복잡한 루틴을 가속화하는 방법을 알아본다.
9장, '디버깅'에서는 프로그램을 디버깅할 때 필요한 디버깅 방법에 대해 설명한다. 또한 실제 예제도 다룬다.
10장, '최적화된 C 언어 작성'에서는 애플리케이션을 작성하는 마지막 단계인 최적화를 다룬다. 몇 가지 간단한 예제를 통해 최적화된 코드를 작성하는 방법과, 더 나은 최적화를 구현하기 위해 프로세서 내부에서 일어나는 일들을 이해할 수 있다.
부록 A, '용어'에서는 임베디드 시스템에서 작업할 때 접하게 되는 용어들을 알아본다. 특별히 ARM 임베디드 시스템과 관련된 용어들을 살펴본다.
부록 B, 'ARM 아키텍처 버전'에서는 각기 다른 ARM 아키텍처와 각 버전을 기술적 향상 측면에서 설명한다. 또한 어떤 프로세서가 어떤 아키텍처를 기반으로 설계됐는지에 대해서도 살펴본다.
부록 C, 'ARM 코어 버전'에서는 ARM 코어에 대해 그리고 각 프로세서의 차이점에 대해 좀 더 자세히 알아본다. ARM6부터 각 프로세서에 대해서는 간략하게 설명하고, 현재의 Cortex 계열 프로세서에 대해서는 자세히 설명한다.
부록 D, 'NEON 인트린직과 명령어'에서는 ARM NEON 엔진에서 사용 가능한 명령어들을 정리하고, C를 사용한 최적화된 방법에서 NEON 연산을 수행할 때 사용되는 인트린직에 대해 설명한다.
부록 E, '어셈블리 명령어'에서는 UAL에서 사용되는 여러 가지 어셈블리 언어에 대해 각각 설명하며, 다른 Cortex-M 클래스 프로세서에서 사용되는 Thumb 명령어도 정리한다.
기본정보
| ISBN | 9788960778450 | ||
|---|---|---|---|
| 발행(출시)일자 | 2016년 04월 08일 | ||
| 쪽수 | 400쪽 | ||
| 크기 |
188 * 235
* 25
mm
/ 935 g
|
||
| 총권수 | 1권 | ||
| 시리즈명 |
에이콘 임베디드 시스템 시리즈
|
||
| 원서명/저자명 | Professional Embedded ARM Development/James A. Langbridge | ||
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