ソフトウェアの開発環境を知る ―― さまざまなマイコンをサポートするフリー・ツールを使う

3．GNUツールを用いた開発環境

　統合開発環境といってもGUIがあるだけで，裏ではGNUツール群を実行しているだけの場合があります．GNUツールは，たいていのプロセッサをサポートしています．つまり，どのようなツールがあり，どこで手に入れるかなどの基本的な知識があれば，GNUツール群を使って，すぐにでも無償で開発を始められることになります．

　ただし，ROMに実行形式のデータを書き込むためのツールは必要になる場合があります．

●GNUツールでクロス開発環境を構築する

　GNUツールはさまざまなOS上で利用することができます．最近よく用いられる環境はCygwinです．

　Cygwinは，図10に示すWebページからsetup.
exeをダウンロードし，インストールすることができます．

図10　CygwinをダウンロードできるWebページ（http://www.cygwin.com/）

　GNUツールは，さまざまな環境下で動作可能です．逆に言えば，特定の環境を想定したバイナリを用意することが難しくなります．Linuxのような完全にパッケージ化された環境下の場合であれば，あらかじめバイナリを用意することができます．しかし，Cygwinはインストールする時期によってバージョンが変わってしまうため，多数の環境が存在してしまいます．特定のバイナリでは，必ずしも動作するとは限らない問題があります．

　GNUツールはソース・コードで提供されています．ソース・コードをコンパイルして利用することをお勧めします．バイナリを配布をしているWebページもありますが，ウィルスがしかけられていることがあるので注意が必要です．

●GNUのライセンスの理解が必要

　GNUツールのソース・コードを入手し，コンパイルすることで，GNUツールを利用する環境が整ったとします．ここで「GNUツールは有償の開発環境に比べて優れているのか，使い物になるのか」という疑問が生じることでしょう．

　「GNUはフリー・ソフトウェアである．」

　これは広く知られた事実です．しかし，ソフトウェアの著作権がまったくもってフリーであるということではありません．GNUソフトウェアにはGPLというライセンスがソフトウェアの使用時につきまとってきます．

　GPLのポイントを簡単にまとめます．

　例えば開発したソフトウェアにGNUソフトウェアをリンクすると，4．が適用されるため，GPLとなってしまいます．販売することを目的として開発したソフトウェアでは，大きな問題になりかねません．

　ここで「有償・無償にかかわらず」，ソース・コードの公開義務がある点が重要になります．ソース・コードの公開は有償でも構わないということです．GNUツールを採用するプロセッサ・ベンダの多くは，登録したユーザにのみソース・コードをダウンロードできるようにしています．

　ソース・コードが公開されていることから，例えばウイルスを埋め込んだバイナリ・パッケージを生成・公開される危険もあります．GNUソフトウェアのダウンロードは，初期から開発を行っている公式サイトからダウンロードするべきでしょう．

●コンパイラの最適化能力はほどほど

　GNUツールは，多くのプロセッサ・アーキテクチャに対応できる機構を備えています．このため，コードの最適化能力，つまりコンパイラの能力については，個別のアーキテクチャに特化したツールにはかなわない面もあります．

　例えば，プロセッサに固有の裏技的な命令列の生成が難しいことは，想像できると思います．レジスタやメモリ使用量の削減は可能ですが，超高速実行可能な命令列への置き換えなどは不可能です．

　このように，ターゲット・プロセッサに極度に特化した最適化が必要なアプリケーションに関しては，アセンブリ言語で直接書く必要があります．

●GNUツールを入手する

　GNUツールでは，一つ以上のツールを含むパッケージと呼ばれる単位で配布されています．このため，組み込みソフトウェア開発環境を構築するためには，どのパッケージが使われるかを知っておく必要があります．さらに，それぞれのパッケージがどのツールを含むかを把握しておく必要があります．

　そこで，組み込みソフトウェア開発に必要なパッケージを説明します．

（1）バイナリ・ツール（binutils）
　ビンユーティルズbinutilsパッケージは以下のWebページからダウンロードできます．
　http://ftp.gnu.org/gnu/binutils/

　本稿執筆時点における最新のバージョンは2.19です．「binutils-2.19.1.tar.bz2」がソース・コードです．

　ドキュメントや多くの情報を得るにはbinutilsのWebページ（図11）にアクセスするとよいでしょう．
　

図11　binutilsをダウンロードできるWebページ（http://www.gnu.org/software/binutils/）

　このパッケージには，アセンブラ（as），バイナリ・ツール（objcopy，ranlib，arなど），逆アセンブラ（objdump）が含まれます．つまり，バイナリ・フォーマットのファイルを扱うためのツールが含まれています．

（2）コンパイラ・コレクション（GCC）
　GCCパッケージは以下のWebページからダウンロードできます．
　ftp://ftp.gnu.org/gnu/gcc

　本稿執筆時点における最新はバージョンは4.40です．「gcc-4.4.0.tar.bz2」がソース・コードです．

　ドキュメントや多くの情報を得るにはGCCのWebページ（図12）にアクセスするとよいでしょう．
　　

図12　GCCをダウンロードできるWebページ（http://gcc.gnu.org/）

　このパッケージには，コンパイラが含まれます．C，C＋＋，Java，Fortranの高級言語がサポートされています．サポートされるプロセッサ・アーキテクチャは現存するすべてのプロセッサといえるほど，網羅されています．

（3）ライブラリ（newlib，glibc）
　ライブラリは，コンパイラで使用する高級言語によって異なります．組み込みソフトウェア開発ではC言語が主流です．C言語で使うライブラリとしてnewlib（フリーではあるがGNUではない）とglibcが有名です．

　newlibは以下のWebページ（図13）からダウンロード可能です．
　　http://sourceware.org/newlib/

図13　newlibをダウンロードできるWebページ（http://sourceware.org/newlib/）

　一方，glibcは以下のWebページ（図14）からダウンロードできます．
　　http://www.gnu.org/software/libc/

図14　glibcをダウンロードできるWebページ（http://www.gnu.org/software/libc/）

　どちらもよく階層化されており優劣つけがたいですが，glibcは組み込みLinuxで使われることが多いようです．

（4）デバッガ（GDB）
　GDBパッケージは以下のWebからダウンロードできます．
 　ftp://ftp.gnu.org/gnu/gdb/

　本稿執筆時点における最新はバージョンは6.8です．「gdb-6.8.tar.bz2」がソース・コードです．

　ドキュメントや多くの情報を得るにはGDBのサイトにアクセスするとよいでしょう．
　　

　GDBはコマンド・ラインで動作するツールです．GUIを用意して使いやすくしたInsightと呼ばれるパッケージも以下のWebページから入手可能です．こちらのパッケージはGDBを丸々収録しているので，筆者はInsightを愛用しています．
　http://sourceware.org/insight/

●GNUツールによる開発フローを確認する

　図8で説明した開発フローにGNUツールを当てはめると，図15のようになります．

図15　GNUツールを使った組み込みソフトウェアの開発の流れ
図8にGNUツールを割り当てたものを示す．

　ソース・コードから実行形式までの一連の作業は，GCCが関連するツールを順次呼び出してくれます．個別に実行しなくても，実行形式を作成することができます．この際，リンカなどの細かな制御は固定になります．プロセッサ・ベンダの用意する統合開発環境を使った場合や，ネイティブ開発環境ではこの方が便利です．

　逆に，個別のツールを順次実行していく方式では細かな制御が可能になります．クロス開発環境下で，統合開発環境のない場合は，この方式が便利です．

やまぎわ・しんいち
高知工科大学 情報学部 准教授