1. PORTING ANDROID TO
BRAND-NEW CPU ARCHITECTURE
新規CPUアーキテクチャにアンドロイドの移植
Luse Cheng <lusecheng@gmail.com>
August 21, 2011 @ COSCUP

2. 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)

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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
Version API level Distribution
 Why tag 2.2.1? 3.x.x Honeycomb 11-13 0.9%
2.3.x Gingerbread 9-10 18.6%
 Can use 32-bit host 2.2.x Froyo
2.0.x /2.1.x Eclair
8
5-7
59.4%
17.5%
1.6 Donut 4 2.2%
1.5 Cupcake 3 1.4%
From: Wikipedia (Android)

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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)

13. 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)

14. 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

15. 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

16. 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

17. 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

18. 身為一個 non-ARM 的 Android Porter …
+ =?
・´
ｪ`・

19. 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

20. 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

21. 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

22. 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

23. Why Don't You Do Your Best?
Source: http://yoake-kibo.jugem.jp/?eid=1671

24. 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

25. 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

26. 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

27. 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

28. 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

29. Experimental result of Scanline shortcut

30. 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

31. Any Question ?