新規CPUアーキテクチャにアンドロイドの移植

PORTING ANDROID TO BRAND-NEW CPU ARCHITECTURE

Luse Cheng <lusecheng@gmail.com> August 21, 2011 @ COSCUP

自我介紹

Experience Compiler Lead at An Embedded CPU IP Company

Compiler Engineer at An Embedded CPU IP Company

Quick summary Full-time Open-Source Developer

Part-time Open-Source Contributor

國民革命軍軍人(DIRDS:國四無雙)

專長: 屠龍之技 (Compiler)

An Embedded CPU IP Company

Andes Technology Corporation

32-bit Embedded CPU IP Company

Brand-new 32/16 mixed ISA

本土 32-bit 嵌入式處理系智財

簡單的說就是台灣的 ARM

或者說 ARM 就是英國 Andes (笑)

EEtimes 的 scouting report

Taiwan nurtures the next ARM

About This Session

Android = Armdroid

Android is arm-awareness product

Porting to non-ARM platform

x86 in not included: Android-x86 is very good project

x86 is a faster CPU than ARM

It’s good reference for us

Reference platform at this session

Andes architecture

Agenda

Brand new CPU architecture?

Platform quick-review

OK, let go !

Pre-requirement, bring up

Life is not fair, get used to it

Android porting guideline

How do you do your best?

Optimization

Brand new CPU architecture?

Andes ADP-AG102

N1233-F * 2 (533 MHz)

With Single/Double FPU

With SW cache-coherence

RAM: DDR-II 512 MB

GPU: XG22 2D-Only GPU

Output: D-SUB

800x600

ROOTFS: SDCARD

USB Keyboard, Mouse

Target Android Version

We use Froyo with tag 2.2.1

Why Froyo?

Andes BSP: Linux kernel 2.6.32

ADP-AG102 lack of 3D GPU

Can use over 80% Android AP

Why tag 2.2.1?

Can use 32-bit host

From: Wikipedia (Android)

Version API  level Distribution

3.x.x Honeycomb 11-13 0.9%

2.3.x Gingerbread 9-10 18.6%

2.2.x Froyo 8 59.4%

2.0.x /2.1.x Eclair 5-7 17.5%

1.6 Donut 4 2.2%

1.5 Cupcake 3 1.4%

Agenda

Brand new CPU architecture?

Platform quick-review

OK, let go !

Pre-requirement, bring up

Life is not fair, get used to it

Android porting guideline

How do you do your best?

Optimization

OK, let go !

bring up 的最高指導原則: 先求有再求好

Pre-requirement 1. A Workable Environment (Real-Board or Virtual-Board)

至少要有開發板或模擬器

2. A Workable GNU-Toolchain Froyo need : GCC 4.4 + Binutils 2.19

如果沒有怎麼辦? 如果有別的版本 (like GCC-4.2), 就使用別的版本

3. A Workable BSP (Board support package) 最好的情況: BSP 也是使用 2.6.32 系列的 Linux Kernel

事實上能找到一個動得很好的 BSP 其實不是簡單的事

A Workable BSP

Make sure BSP is workable on Linux environment

From Linux to Android-Linux We must think then as two similar platform, but different

Reference change Linux kernel

TLS system call

Integrate Android driver (No-ASM)

Linux kernel Bug Fix Deadlock in page fault handling

arch/<arch-name>/kernel/time.c Add function save_time_delta to support android wakelock

Make sure Android-Linux BSP is workable

Porting Android Build System

Folder <ROOT>/build Arm-awareness !!

EX: core/binary.mk

Reference change Add TARGET_linux-<arch>.mk

Add Linker scirpt <arch>elf.x and <arch>elf.xsc

Toolchain path in core/envsetup.mk

MISC Change: Fix build message with hard-coding “ARM” or “Thumb”

Add TARGET_ARCH variable

Use <Vendor-board>.mk

Porting Android Libc (bionic)

Porting Bionic 如果已經有 uclibc 或 glibc 的 port, 應該不是件難事 非得需要使用組合語言的地方

System call Wrapper, Startup code Setjmp / Longjmp, Atomic operation

Reference change Libc : Syscall, Kernel Header

libc/tools/bionic_utils.py libc/tools/gensyscalls.py MISC change

Libm : fenv.h Libdl: Add Architecture define (#if defined(<arch_name>)) Linker : Reference to ld.so (glibc)

Porting Dalvik VM

非常幸運, 如果只是要能動, 幾乎不用 Porting

Dalvik VM 已經包含了一個 generic 用 c 寫的直譯器

非得需要 Porting 的部分 : JNI

使用組合語言來實作

需要再寫一個 Hint 的產生方式

Alternative: Porting libffi (foreign function interface library)

以上兩種方法其實都需要寫組合語言

DVM Optimization

Fast Interpreter: 使用組語來處理 Dalvik 指令

JITTER: 使用動態編譯器來最佳化熱區 (快取機制)

Porting External Package

<ROOT>/external

其實不太需要 Porting

Fix misc compilation error and makefile change

Like external/webkit

Elfutils :

Sync EM number and RELOC type of Architecture

Build Whole Android Image

make TARGET_ARCH=nds32 -j4

Waiting for build complete ….

Finding NOTICE files: out/target/product/generic/obj/NOTICE_FILES/hash-timestamp Combining NOTICE files: out/target/product/generic/obj/NOTICE.html Target system fs image: out/target/product/generic/obj/PACKAGING/systemimage_unopt_intermediates/system.img Install system fs image: out/target/product/generic/system.img Installed file list: out/target/product/generic/installed-files.txt

OK, We can compile whole android for brand-new CPU Architecture now

Configuration !

Configuration! You can porting android to brand-new CPU architecture now!

不過如果你是工程師, 就會知道這一切才剛開始

If you are an engineer, you know that everything is just beginning

あなたがエンジニアである場合, すべてはただ今始まったばかりです

Agenda

Brand new CPU architecture?

Platform quick-review

OK, let go !

Pre-requirement, bring up

Life is not fair, get used to it

Android porting guideline

How do you do your best?

Optimization

+ = ?

身為一個 non-ARM 的 Android Porter …

・ ｪ́`・

Life is not fair, get used to it

Battery Problem

基本上是一個 Porting 到 non-Phone 的platform 最容易 遇到也必須要解決的一個問題

Google 上答案很多, 挑一個喜歡的帶回家 (!?)

10 秒鐘的幸福

Android Activity Manager Service 預設的 Timeout

很可惜台灣的CPU 不能享受這個奢華的幸福

Life is not fair, get used to it

電源管理

一看就知道很手機, 不改就會死人

Hack 掉一些很手機的 code

我很低調, 我不愛GPS !

老是喜歡讓大家使用beta產品的某公司首頁改版後, 沒有GPS 的Android上某公司首頁後瀏覽器會 crash!

只好使用 那家公司唯一不是 beta 的產品 : Search

改 framework/base 的location/java/android/location/LocationManager.java

使用者介面

這些問題都解決後, 大概就可以正常運作了 Android 要跑起來很簡單, 可是要跑的順很困難

這都是使用者介面的陰謀 ! 因為 Android App 開發者很愛 OpenGL

這是一個3D的時代,開發者很愛 OpenGL不為過

我們台灣人一向勤儉, IC裡面有個殘廢的GPU也是很正常的事情 或者GPU只有2D engine, 沒有 OpenGL 也不意外

很剛好, 我們的開發版也是這樣

Agenda

Brand new CPU architecture?

Platform quick-review

OK, let go !

Pre-requirement, bring up

Life is not fair, get used to it

Android porting guideline

How do you do your best?

Optimization

Why Don't You Do Your Best?

Source: http://yoake-kibo.jugem.jp/?eid=1671

How do you do your best?

Q:Why Don't You Do Your Best?

A: Life is not fair, get used to it

Era of Time-to-Market

能不能做到最好還要問有沒有時間做到最好

所以我們在這邊探討不探討”為何不”,只探討”如何”

身為產品洪流下, 工程師的宿命

Compile once, Compiler Everywhere!

這是一個無所不在Compiler的時代

Android 裡面存在多個 Dynamic Compiler (JITTER) Dalvik VM Pixelflinger : CodeflingerJIT (Graphics 相關) WebKit (V8) Render Script

Dynamic Compiler 都需要 Porting, 而且要真的能動的是需要蠻大的功夫的 Porting Dynamic Compiler 需要的背景和熟悉度很高 所以要 Porting 到 brand-new CPU 越來越不利了 雖然我的專長是 Compiler 領域, 可是我選擇不弄這些東西 因為Dynamic Compiler會動是一回事, 可是沒有錯又是另一回事

How do you do your best?

修身齊家治國平天下

欲爭服 Android 必先征服 GUI

Optimization Guideline

Q: 如果不要 Porting Pixelflinger 中的 Dynamic Compiler, 那還能取得讓使用者可以接受的加速嗎?

A: 雖然Google的字典裡只有放棄, 可是我們的字典裡沒有放棄, 確實還是有辦法的

Optimization Guideline: Library

在圖形系統當中,複製是非常常見的事情,而他們通常也是一個最簡單可以效果很好的施力點

memcpy … etc

參考一下ARM平台中,那些其他的 Library Function有使用組合語言

通常要把那些 Library Function 用組合語言重寫並不太困難, 這也是一個不用自己去 profile 出瓶頸點的簡單解法

Optimization Guideline: GUI

從 Surfaceflinger 下手 Surfaceflinger 還有一些最佳化的空間 可以參考其他Project的修正 (android-x86 and 0xdroid)

動不動就刷新整個畫面是有問題的 不過 Android 常常這麼做 可以去找出那些元凶

從 Scanline shortcut 下手 打開 LOGW("using generic (slow) pixel-pipeline"); 觀察為什麼會使用到 generic pixel-pipeline 新增新的 shortcut

Tips: Back port 新的 shortcut

Experimental result of Scanline shortcut

Summary

Andes Android 的 Demo Video http://www.youtube.com/watch?v=-XxlP55v2is&feature=related

Special Thanks 0xlab and Andorid-x86 project

Summary (Porting android to brand-new CPU architecture) Bring-up

BSP (Kernel & Driver)

Android System

Optimization GUI Optimization with Surfaceflinger

GUI Optimization with Scanline shortcut

Any Question ?