Ports/riscv64

RISC-V

RISC-V является архитектурой с открытым набором комманд (ISA). ISA RISC-V имеют лицензию Creative Commons license (CC BY 4.0). Любой желающий может получить финальную версию ISA пользовательского уровня и черновик ISA привилегированного уровня.

Другая ключевая особенность архитектуры RISC-V - её расширяемость, что позволяет создавать разнообразные реализации. Минимальная спецификация архитектуры RISC-V включает в себя только инструкции для записи, сохранения, переходов и целочисленной арифметики. Код инструкций не зависит от размера регистра, минимальная спецификация обозначается RV32I, RV64I или RV128I ("I" означает integer) для размеров операнда 4, 8 или 16 байт соответственно. На данный момент порт Linux работает со спецификацией "RV64IMAFDC" или "RV64GC" ("G" == "IMAFD"):

• I - целочисленные базовые инструкции;
• M - умножение и деление целых чисел;
• A - атомарные операции;
• F - число с плавающей запятой одинарной точности;
• D - число с плавающей запятой двойной точности;
• C - сжатые 16-битные инструкции.

На данной странице можно найти последнюю информацию о статусе порта ALT на RISC-V (RV64GC). Сборка системы ведётся на плате SiFive HiFive Unleashed. Для целей тестирования выполняется сборка образов для QEMU и платы HiFive Unleashed. Подробнее об этом можно прочитать тут.

Рабочий план

• Следующие ядра Linux были протестированы на SiFive HiFive Unleashed:
  • 4.15
  • 4.19-rc2
  • 4.19.6 (git)
  • 5.0.19 (image RPM,SRPM, git)
  • (experimental) 5.1.9 (image RPM, SRPM, git)

• Методы загрузки (boot):
  • Berkeley bootloader -- ГОТОВО
  • U-BOOT (link) -- ГОТОВО

• Порт Sisyphus -- В ПРОЦЕССЕ
  1. Toolchain -- ГОТОВО
  2. Linux Kernel -- ГОТОВО
  3. X11 -- ГОТОВО
  4. Desktop Environments -- В ПРОЦЕССЕ
• Образ ALT metaprofile -- ГОТОВО
• Girar Builder -- ГОТОВО
• Образ для QEMU (ссылка) -- ГОТОВО

RPM/SRPM репозиторий можно найти по этой ссылке.

OpenOCD

OpenOCD (docs) это инструмент для отладки, внутрисхемного программирования и периферийного сканирования встраиваемых систем. В частности, этот инструмент полезен для низкоуровневой отладки загрузчиков, ядра Linux, и т.д., при помощи (GDB).

Чтобы выполнить отладку HiFive Unleashed через OpenOCD и GDB, необходимо выполнить следующие шаги:

1. Подключить HiFive Unleashed к ПК через USB и включить её. USB интерфейс предоставляет UART0 (/dev/ttyUSB1) и JTAG интерфейсы через FTDI FT2232H (ссылка).
2. Запустить (см. простейший конфигурационный файл ниже, а так же не забыть добавить пользователя в группу plugdev):

   $ openocd -s <путь к директории с hifive-u.cfg> -f hifive-u.cfg
   

   OpenOCD будет слушать порт 3333 в ожидании подключения GDB.
3. Запустить GDB собранный с поддержкой цели (target) riscv64.
4. Подключить GDB к OpenOCD:

   gdb$ target extended-remote localhost:3333
   

5. Теперь можно устанавливать точки останова (breakpoints), исследовать память, дизассемблировать области памяти, и т.д. Для удобства возможно подгружать ELF файлы с отладочной информацией для импорта символов, что даёт возможность устанавливать точки останова на эти символы.

Пример простейшего конфигурационного файла hifive-u.cfg:

adapter_khz 1000

interface ftdi
ftdi_device_desc "Dual RS232-HS"
ftdi_vid_pid 0x0403 0x6010

ftdi_channel 0
ftdi_layout_init 0x0018 0x001b

set _CHIPNAME riscv
jtag newtap $_CHIPNAME cpu -irlen 5 -expected-id 0x20000913

set _TARGETNAME $_CHIPNAME.cpu
target create $_TARGETNAME riscv -chain-position $_TARGETNAME
$_TARGETNAME configure -work-area-phys 0x80000000 -work-area-size 10000 -work-area-backup 1

init
halt
echo "Ready for Remote Connections"

OpenSBI

QEMU virt

Для запуска образов на QEMU необходимо выполнить следующие шаги:

Шаг 0. Для запуска порта ALT на RISC-V необходимо установить QEMU с поддержкой riscv64. Например, в случае хостовой системы на ALT x86_64: qemu-system-riscv-core.

Шаг 1.a Прошивка OpenSBI для QEMU virt находится внутри qcow2/qcow2c. Скопируем её из образа:

root$ qemu-nbd -c /dev/nbd0 qemu-riscv64.qcow2c
root$ mount /dev/nbd0p1 /mnt
root$ cp -v /mnt/usr/share/opensbi/qemu/virt/firmware/fw_payload.elf .
user$ FIRM=./fw_payload.elf

Шаг 1.b Альтернативный вариант: загрузить и установить последнюю версию пакета прошивки OpenSBI для QEMU virt. После этого прошивка OpenSBI будет находится в /usr/share/opensbi/qemu/virt/firmware/fw_payload.elf

Например:

user$ curl -O http://ftp.altlinux.org/pub/distributions/ALTLinux/ports/riscv64/Sisyphus/noarch/RPMS.classic/opensbi-firmware-qemu-0.6-alt1.noarch.rpm
root$ rpm -i opensbi-firmware-qemu-0.6-alt1.noarch.rpm
user$ FIRM=/usr/share/opensbi/qemu/virt/firmware/fw_payload.elf

Шаг 2. Запуск образа qcow2/qcow2c на QEMU можно осуществить следующей командой, указав в QCOW путь к образу:

$ QCOW=qemu-riscv64.qcow2c
$ qemu-system-riscv64 \
          -nographic -machine virt -kernel "$FIRM" \
          -m 2G -smp cpus=4 \
          -drive file="$QCOW",id=hd0 -device virtio-blk-device,drive=hd0 \
          -netdev user,id=eth0,hostfwd=tcp::5900-:5900 -device virtio-net-device,netdev=eth0

Шаг 3. Дальнейшая настройка графической системы выполняется при помощи VNC

HiFive Unleashed

Для запуска образов на SiFive HiFive Unleashed (FU540) SoC необходимо выполнить следующие шаги:

Шаг 0. Предполагается, что microSD карточка находится в /dev/sdb. Выполним разметку microSD и создание файловой системы:

root$ sgdisk -g --clear \
        --new=2::+32K    --change-name=2:'fsbl'          --typecode=2:5B193300-FC78-40CD-8002-E86C45580B47 \
        --new=3::+8M:    --change-name=3:'opensbi-uboot' --typecode=3:2E54B353-1271-4842-806F-E436D6AF6985 \
        --new=1::-0      --change-name=4:'root'          --typecode=4:0FC63DAF-8483-4772-8E79-3D69D8477DE4 \
        /dev/sdb
root$ mkfs.ext4 /dev/sdb1
root$ mount /dev/sdb1 /mnt
root$ tar -xpvf hifive-unleashed-riscv64.tar.xz -C /mnt

Шаг 1.а. First Stage BootLoader (FSBL) и OpenSBI находятся внутри распакованного дерева /mnt. Запишем их на разделы 2 и 3 соответственно, а затем размонтируем раздел:

root$ dd if=/mnt/usr/share/fu540_boot/fsbl.bin of=/dev/sdb2 bs=1M
root$ dd if=/mnt/usr/share/opensbi/sifive/fu540/firmware/fw_payload.bin of=/dev/sdb3 bs=1M
root$ sync; umount /mnt

Шаг 1.б. Альтернативный вариант: загрузить и установить First Stage BootLoader (FSBL) и OpenSBI для FU540.

Например:

root$ curl -O http://ftp.altlinux.org/pub/distributions/ALTLinux/ports/riscv64/Sisyphus/noarch/RPMS.classic/fu540-bootloaders-0-alt1.git54bfc90.noarch.rpm
root$ curl -O http://ftp.altlinux.org/pub/distributions/ALTLinux/ports/riscv64/Sisyphus/noarch/RPMS.classic/opensbi-firmware-fu540-0.6-alt1.noarch.rpm
root$ rpm -i fu540-bootloaders-0-alt1.git54bfc90.noarch.rpm
root$ rpm -i opensbi-firmware-fu540-0.6-alt1.noarch.rpm
root$ dd if=/usr/share/fu540_boot/fsbl.bin of=/dev/sdb2 bs=1M
root$ dd if=/usr/share/opensbi/sifive/fu540/firmware/fw_payload.bin of=/dev/sdb3 bs=1M
root$ sync; umount /mnt

Шаг 3. Система на microSD каточке готова к загрузке. Дальнейшая настройка графической системы выполняется при помощи VNC

Полезные ссылки:

• утилиты для Berkeley bootloader для слияния ядра Linux в bbl.bin с dummy payload.
• RISC-V ISA
• All Aboard -- интересный блог Палмера Даббелта о RISC-V, toolchain, и т.д.
• OSSDEVCONF-2018