resource-optimization-lowend

リソース最適化（低性能システム）

目的

制約のあるデバイスで、フラッシュと RAM を最適化するための手順をエージェントに案内します。コンパイラーのサイズ最適化フラグ、リンカーマップの分析、スタック使用量の測定、デッドコードの削除、サイズと速度のトレードオフを扱います。ベアメタルおよび小規模な RTOS イメージが対象です。

使用する場面

• ファームウェアがフラッシュの予算を超える場合
• 本番環境でのみスタックオーバーフローが発生する場合
• MCU で -Os と -O2 のどちらを使うか選ぶ場合
• 予期しない .rodata または .bss の増加を調べる場合

ワークフロー

1. サイズ測定ツールチェーン

arm-none-eabi-size -A firmware.elf
arm-none-eabi-objdump -h firmware.elf
nm --size-sort -S firmware.elf | tail -20

2. リンカーマップファイル

/* linker.ld */
OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm")
ENTRY(Reset_Handler)

SECTIONS
{
  /* ... */
}

/* Generate map */
/* gcc ... -Wl,-Map=firmware.map */

grep -E '\.text|\.rodata|\.data|\.bss' firmware.map | head

最大のシンボルと、予期しないライブラリの取り込みを特定します。

3. コンパイラーフラグ

フラグ	効果
-Os	サイズ優先の最適化
-ffunction-sections -fdata-sections	シンボルごとにセクションを分割
-Wl,--gc-sections	未使用セクションを削除
-flto	翻訳単位をまたいでデッドコードを削除
-specs=nano.specs	より小さい newlib（GCC ARM）

CFLAGS += -Os -ffunction-sections -fdata-sections
LDFLAGS += -Wl,--gc-sections -Wl,--print-memory-usage

4. スタック分析

# Static (if built with -fstack-usage)
find . -name '*.su' -exec cat {} \;

# Linker stack symbol
grep _estack firmware.map

実行時：スタックをパターン（0xDEADBEEF）で埋め、テストを実行して、ハイウォーターマークをスキャンします。FreeRTOS：uxTaskGetStackHighWaterMark。

5. RAM の分類

セクション	対策
.bss	バッファーを小さくする。プールアロケーターを使う
.data	定数をフラッシュに移す（const → .rodata）
ヒープ	malloc を避け、固定プールを使う
スタック	ネストを減らし、ISR スタックを小さくする

6. サイズと速度の判断

Hot path in ISR or 1 kHz loop?
├── Yes → -O2 for that file (#pragma GCC optimize)
└── No  → -Os globally

7. エージェントでの使用

/resource-optimization-lowend Find top 10 flash consumers in firmware.map and suggest -gc-sections fixes

よくある問題

症状	原因	修正方法
printf が 20 KB 以上を取り込む	フル機能版の newlib printf	_write をリターゲットする。軽量な printf を使う
--gc-sections で IRQ が壊れる	セクションが削除された	リンカースクリプトに KEEP() を追加する
遅れてスタックオーバーフローが発生する	深い呼び出しと IRQ のネスト	HW スタックを測定し、_estack を増やす
RAM の使用量はゼロなのに ELF が大きい	.data がロードされていない	VMA/LMA を確認する
LTO のリンクに失敗する	コンパイラーのバージョンが混在している	すべてのオブジェクトで同じ GCC を使う

関連スキル

• skills/embedded/linker-scripts — MEMORY／セクションのレイアウト
• skills/baremetal/baremetal-startup — スタックシンボル
• skills/baremetal/low-power-embedded — RAM の保持
• skills/compilers/gcc — 最適化フラグ
• skills/rust/rust-no-std — 組み込み Rust のサイズ最適化パターン