EZ430-Chronos 개발 후기
EZ430-Chronos 펌웨어 손보면서 배운것

최근에 ez430-chronos 를 가지고 놀면서 나만의 펌웨어 를 만들었다. ez430-chronos 갖고 노는걸 끝내기 전에 그동안 삽질했던 경험+교훈을 정리해봤다. (별거 없지만)

uint8_t, uint16_t, uint32_t, int8_t, int16_t, int32_t

일반적인 데스크탑환경, 또는 모바일환경(iOS, Android)에서 프로그래밍할때는 타입을 그렇게 신경쓰지 않았다. 32비트 환경이고 사양 높고 메모리가 넉넉하니 char를 쓰건 short를 쓰건 int를 쓰건 문제가 안생기니까 신경쓸 필요도 없었다. (char=1byte, short=2byte, int=4byte가 아니라는건 알고있지만 일단 무시한다)

하지만 임베디드에서는 이야기가 다르더라. 남들이 짜놓은 코드를 보니 uint8_t, uint16_t, uint32_t를 골라서 사용하더라. 단순히 타입만 신경쓴게 아니라 unsigned와 signed까지 구분해서 사용했다. 8/16/32비트 구분해서 사용한건 MSP430이라는 물건이 하도 성능이 낮아서 그런거 같더라. unsigned와 signed는 작은 크기의 타입을 선택했을때 그래도 표현범위를 넓게 쓰려고 그런거같더라.

지금까지 정수는 성능 문제 딱히 없으니까 복잡한걸 피하기 위해서 항상 signed int만 사용했는데 이런거까지 생각하면서 짜니까 신선했다. 덕분에 평소라면 겪지 않았을 문제를 여러가지 겪었는데…

Overflow

지금까지는 int만 주로 사용했다. 오버플로우가 존재한다는건 당연히 알고있었지만 21억정도의 숫자를 다룰일이 없어서 구경해본적은 거의 없다. 하지만 임베디드질을 하면서 int를 잘 안쓰다보니 overflow 문제를 당했다.

다음은 openchronos-ng 에 나오는 함수이다.

void helpers_loop(uint8_t *value, uint8_t lower, uint8_t upper, int8_t step)
{
    // For now only increase/decrease on steps of 1 value
    if (step > 0) {
        // Prevent overflow
        if (*value == 255) {
            *value = lower;
            return;
        }
        (*value)++;
        ...

value값을 step만큼 움직이면서 lower~upper안에서 반복하도록 만들어주는 함수이다. 예를 들면 분을 0~59 사이로 유지시키는데 다음과 같이 쓸 수 있는 함수다. helpers_loop(&tmp_mm, 0, 59, step);

이 함수를 날짜 편집하는데 적용했다. 생각해보니 month, day는 uint8_t로 표현 가능하지만 year는 2000 이상이잖아? 그러면서 함수 인자를 uint8_t가 아니라 uint16_t를 써야하잖아? 게다가 오버플로우 범위도 255가 아니라 65535여야하잖아? 그래서 helpers_loop_16() 이라는 함수를 따로 만들어서 사용했다.

unsigned의 함정

service_display_remain의 타입은 uint8_t이다. 다음과 같은 코드를 짰다.

service_display_remain -= 1;
if(service_display_remain >= 0) {
    return 1;
}
return 2;

어째 return 1; 로 밖에 진입하지 않더라. uint8_t는 unsigned잖아? 0에서 1을 빼면 음수가 아니라 underflow가 발생한다. return 2는 도달할 수 없다. unsigned 와 >=0 을 동시에 사용하는건 말이 안된다.

  • 맨날 signed int만 쓰다보니까 unsigned에 낚였다
  • 컴파일러 워닝을 대충 봤다가 낚였다.

하도 오래동안 high-level 언어만 쓰다보니까 이런 간단한것도 실수하더라.

DO NOT TRUST OTHER SOURCE

내가 옛날에 만져본 프로젝트는 OpenChronos에 Google OTP 지원을 붙인 펌웨어 이다. 그리고 이번에 직접 손댄 펌웨어의 기반은 openchronos-ng fork 이다.

openchronos-ng 프로젝트가 openchronos 를 뜯어고친것이기도 하고 두 프로젝트의 otp.c 가 매우 비슷하길래 openchronos에서도 OTP는 잘 돌아갔으니 openchronos-ng에서도 잘 되겠지? 라고 생각했으니 그런일은 일어나지 않았다.

대부분의 코드는 동일하지만 OTP로직에 개입하는 코드 딱 한줄이 다르더라.

// openchronos
#define HMAC_KEY_LENGTH (sizeof(CONFIG_OTP_KEY) - 1)

// openchronos-ng
#define HMAC_KEY_LENGTH 10

새로운 구조로 손보다가 한줄을 까먹고 고치지 않은거같더라. 하필이면 google OTP의 길이가 20 글자라서 여기에서 문제가 생겼다. 남들이 손본건 당연히 되던 기능이라고 하더라고 꼭 한번 다시 테스트해보자.

Null-terminated string

어쩌다보니까 OTP secret key가 다음과 같은 형태로 나왔다. “x12x00x34”. 딱보니까 문자열이네? strlen() 을 사용하면 OTP의 길이를 알 수 있을거라고 생각하고 돌려봤으나 예상한 값인 3 이 아니라 1 이 나왔다. 왜냐하면 가운데에 x00이 끼어있어서 strlen이 제대로 작동하지 않더라. strlen을 돌려보기전에 문자열 중간에 NULL이 끼는지 확인해봐라.

Compiled file size

openchronos-ng 의 경우는 make로 컴파일하면 펌웨어 크기가 뜬다.

Building build/openchronos.elf as target RELEASE...  [OK]
+- Firmware: 13688/32000 bytes.

ez430-chronos의 경우는 메모리가 4K RAM/32K ROM 으로 제한되어있다. 펌웨어에 너무 많은 기능을 우겨넣어서 32K의 제한을 초과하면 링킹에서 에러가 난다. 새로운 기능, 함수 만들때마다 firmware 크기 늘어나는거 보고있으니까 기분이 묘하더라.

Unit Test

msp430-gcc로 컴파일되던 간단한 소스 예시이다.

#include <msp430.h>
#include <stdbool.h>

static void d_day_activate(void) {
    display_symbol(0, LCD_SEG_L1_COL, SEG_OFF);
}

bool is_leap_year(uint16_t year) {
    return ((year%4==0) && ((year%100!=0) || (year%400==0)));
}

위의 C파일의 is_leap_year() 함수에 유닛테스트를 붙이고 싶다. 하지만 유닛테스트를 msp430 위에서 돌리는건 말이 안된다. 유닛테스트는 PC에서만 돌아가도 되기때문에 msp430-gcc가 아닌 clang을 사용해서 컴파일하고 싶다. 위의 코드로는 그것이 가능하지 않다.

  • msp430.h 는 이름에서 보여지듯이 msp430-gcc를 위한 헤더파일이다. 데스크탑 환경에서는 제대로 굴러가지 않을수 있다.
  • display_symbol 함수는 LCD로 출력하는 함수이다. 당연히 msp430 의존적인 함수일 것이다.
  • LCD_SEG_L1_COL, SEG_OFF 같은 상수는 없다.

만약 위의 문제를 해결할수 있으면 C소스를 데스크탑에서도 컴파일할수 있을테도 유닛테스트를 붙일수 있을것이다. 아래와 같은 코드로 문제를 해결했다.

#ifndef TESTING
#include <msp430.h>
#else
#include <assert.h>
#include "cc430f6137_testing.h"
#endif
#include <stdbool.h>

#ifdef TESTING
void display_symbol(uint8_t scr_nr, enum display_segment symbol, enum display_segstate state) {}
#endif

static void d_day_activate(void) {
    display_symbol(0, LCD_SEG_L1_COL, SEG_OFF);
}

bool is_leap_year(uint16_t year) {
    return ((year%4==0) && ((year%100!=0) || (year%400==0)));
}

#ifdef TESTING
int main(int argc, char **argv) {
    assert(is_leap_year(2000) == true);
    return 0;
}
#endif
  • msp430.h에 있는 내용을 복사해서 새로운 헤더파일로 옮긴다. 문제가 생기지 않을 코드만 여기에 남긴다
  • display_symbol을 가짜로 구현한다.
  • 유닛테스트용으로 사용할 main 함수를 만든다.

이런식으로 코드를 잘 구성하면 동일한 소스를 msp430-gcc, clang으로 컴파일하는것이 가능하더라. 그리고 실제로 내가 손본 부분인 Day counter와 OTP에는 이것이 적용되어있다.

정리

최근에 계속 웹질만 하면서 python, javascript 같은 고급언어만 만지다가 임베디드 장비 갖고놀면서 low-level을 하니까 고급언어에서는 절대로 볼 수 없는 문제와 이슈를 접하게 되었다. 이것도 이거 나름대로 재밌더라. 더 깊게 가지고 놀면 재밌는 문제가 많이 보겠지만 ez430-chronos의 본업은 임베디드 장비가 아니라 시계다. 시계를 차고다녀야 하니까 깊게 삽질을 못하는게 아쉽다. 다른 시계를 구하기 전까지는 이거 가지고 펌웨어 삽질은 하지 않을거다.

ez430

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