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2019年2月26日

RISC-V 64向けLinux開発環境の構築

目次: GCC

以前AArch64向けに開発環境を構築しました(その1その2)。今回は流行りのRISC-Vに対して作成してみます。

全く違うアーキテクチャですが、AArch64向けと同じツール、ほぼ同じ手順が使えます。ツールを整備してくれた開発者の皆様には感謝の極みです。

  • クロスコンパイラ: crosstool-NG
  • ブートローダ: riscv-pk
  • カーネル: linux-next
  • ルートファイルシステム: busybox + 手作業
  • エミュレータ: qemu

さっと動かしてみたかったので、前回との変化点としてはbuildrootを使わず、busyboxのみの最小環境を作成しています。buildrootは後日チャレンジしたいと思います。

クロスコンパイラ

Crosstool-NGのct-ngのビルド方法は前回と全く同じ(2018年7月15日の日記を参照)なので、割愛します。

crosstool-NGビルド
$ ./ct-ng menuconfig
- Paths and misc options  --->
    [ ] Try features marked as EXPERIMENTAL
      選択する

- Target options  --->
  Target Architecture (alpha)  --->
    riscvに変更する

  [ ] Use the MMU
    選択する

  Bitness: (32-bit)  --->
    64-bitに変更する

- Operating System  --->
    Target OS (bare-metal)  --->
      linuxに変更する

- C-library  --->
    C library (musl)  --->
      glibcに変更する


$ ./ct-ng build
[00:34] /

設定もAArch64のときと大体同じですが、大きな違いはEXPERIMENTALを有効にする点です。通常はTarget Architectureの選択肢にRISC-Vが存在しません。

また、現時点だと32bit版はビルドエラーになるようなので、64bit版を選択しています。

カーネル

AArch64のビルドとほぼ同じです。

linux-nextコード取得、セットアップ、ビルド
$ git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/next/linux-next.git
$ cd linux-next

$ export ARCH=riscv
$ export CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu-

$ make defconfig

$ make all

ビルドが成功するとソースコードのトップディレクトリにvmlinuxが生成されるはずです。

ブートローダ

AArch64ではqemuの -kernelオプションにImageファイルを渡せば起動しましたが、RISC-VではImageファイルを渡してもエラーになり起動しません。

調べてみると、qemuでRISC-V向けのLinuxを動作させるには、Imageではなくブートローダ付きのvmlinuxを渡してあげる必要があるみたいです。

ブートローダriscv-pkコード取得、セットアップ、ビルド
$ git clone https://github.com/riscv/riscv-pk
$ cd riscv-pk

$ mkdir build
$ cd build

$ ../configure --enable-logo --host=riscv64-unknown-linux-gnu --with-payload=../linux-next-riscv/vmlinux

$ make

成功するとbuildディレクトリの下にbblという名前のファイルができます。これがブートローダ+カーネルのバイナリです。bblはBerkeley Boot Loaderの略です。

このリポジトリの名前pkはProxy Kernelの略で、RISC-Vのプロセッサ開発を行う際に、周辺のハードウェアを作り込む代わりに、ホストのシステムコールを呼び便利な実行環境を提供するためのソフトウェアのようです。

プロキシカーネルに用事はないんですけど、付属品のブートローダに用事があります。

このriscv-pkはビルドシステムがちょっとイマイチで、buildディレクトリを作らずにconfigureやmakeをすると、ソースコードの入っているpkディレクトリが吹っ飛びます。ご注意ください……。

ルートファイルシステム

以前はbuildrootを使って全自動でinitramfsを生成してもらいましたが、今回は趣向を変えまして、手動でinitramfsを作ります。

busyboxコード取得、セットアップ、ビルド
$ git clone https://git.busybox.net/busybox

$ cd busybox
$ export CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu-

$ make menuconfig

- Settings  --->
  [ ] Build static binary (no shared libs) (NEW)

$ make

ビルドに成功するとbusyboxという実行ファイルが生成されるはずです。

次にinitramfsを作成します。基本的な流れはディレクトリに必要なファイルを配置し、cpioで固めるだけです。

initramfs作成
$ mkdir initramfs-work-riscv
$ mkdir initramfs-work-riscv/root
$ cd initramfs-work-riscv/root

$ mkdir bin
$ cp ../../busybox/busybox bin/
$ ln -s busybox bin/sh
$ ln -s bin/busybox init

$ mkdir dev
$ sudo cp -a /dev/tty* dev/

$ find . | cpio --format=newc -o > ../initramfs.cpio

本来はinit, sh以外のシンボリックリンクも作った方が良いです。このあと、qemuで動かしてみたらわかりますが、すごく不便です。/dev/ttyも横着してホストマシンのデバイスファイルをコピーするのではなく、mkdevで作るべきです。

が、しかし、美しいinitramfsは次回トライするbuildrootにお任せしましょう。今回は適当なまま行きます。

実行

実行する設定はAArch64とは違います。qemuの引数は多すぎるし難しすぎるので、全く覚えられません。私の場合は、動かすたびにわからなくなるので、調べることが多いです。

qemu実行
$ qemu-system-riscv64 -machine virt -kernel riscv-pk/build/bbl -initrd initramfs-work-riscv/initramfs.cpio -serial stdio

    
bbl loader
              vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv
                  vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv
rrrrrrrrrrrrr       vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv
rrrrrrrrrrrrrrrr      vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv
rrrrrrrrrrrrrrrrrr    vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv
rrrrrrrrrrrrrrrrrr    vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv
rrrrrrrrrrrrrrrrrr    vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv
rrrrrrrrrrrrrrrr      vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv
rrrrrrrrrrrrr       vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv
rr                vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv
rr            vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv      rr
rrrr      vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv      rrrr
rrrrrr      vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvv      rrrrrr
rrrrrrrr      vvvvvvvvvvvvvvvvvv      rrrrrrrr
rrrrrrrrrr      vvvvvvvvvvvvvv      rrrrrrrrrr
rrrrrrrrrrrr      vvvvvvvvvv      rrrrrrrrrrrr
rrrrrrrrrrrrrr      vvvvvv      rrrrrrrrrrrrrr
rrrrrrrrrrrrrrrr      vv      rrrrrrrrrrrrrrrr
rrrrrrrrrrrrrrrrrr          rrrrrrrrrrrrrrrrrr
rrrrrrrrrrrrrrrrrrrr      rrrrrrrrrrrrrrrrrrrr
rrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrr  rrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrr

       INSTRUCTION SETS WANT TO BE FREE
[    0.000000] OF: fdt: Ignoring memory range 0x80000000 - 0x80200000
[    0.000000] No DTB passed to the kernel
[    0.000000] Linux version 5.0.0-rc7-next-20190225 (katsuhiro@blackbird) (gcc version 8.2.0 (crosstool-NG 1.23.0.610-db4fdf0)) #2 SMP Tue Feb 26 19:07:38 JST 2019
[    0.000000] Initial ramdisk at: 0x(____ptrval____) (1691648 bytes)
[    0.000000] Zone ranges:
[    0.000000]   DMA32    [mem 0x0000000080200000-0x0000000087ffffff]
[    0.000000]   Normal   empty
[    0.000000] Movable zone start for each node
...

[    0.346331] sit: IPv6, IPv4 and MPLS over IPv4 tunneling driver
[    0.348500] NET: Registered protocol family 17
[    0.349051] Key type dns_resolver registered
[    0.370752] Freeing unused kernel memory: 192K
[    0.370952] This architecture does not have kernel memory protection.
[    0.371164] Run /init as init process
can't run '/etc/init.d/rcS': No such file or directory

Please press Enter to activate this console.
/ # ls
-/bin/sh: ls: not found
/ # busybox uname -a
Linux (none) 5.0.0-rc7-next-20190225 #2 SMP Tue Feb 26 19:07:38 JST 2019 riscv64 GNU/Linux

無事Linuxの起動画面を拝めました。良かった良かった。

編集者:すずき(2023/09/24 11:43)

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2019年2月28日

作業スペース

現在住んでいる家には私の作業部屋がないので、リビングの食事するテーブルで、ROCKPro64などのボードとオシロスコープとノートPCを置いて波形を見ています。

リビングのテーブルは広くて色々置けるものの、食事するときは邪魔なので撤去する必要があります。場合によって機材や配線の再セットアップが発生するのが難点です。あと、水が掛かる可能性があり、精密機械(オシロスコープとか)を置くには適していない気がしますが、他に置く場所もありません。

最近は、作業の中断から再開までの時間を短縮するため、リモートで作業するようにしています。ノートPCはリモートアクセス端末として使い、メインPCにリモートアクセスして作業しています。ノートPCのネットワークを切ったり、シャットダウンしたりしても、メインPCの開発、解析の環境はそのまま保持されますから、すぐに作業に復帰できるという寸法です。

ソフトウェアの開発をするなら十分な環境ですが、ROCKPro64のUART出力を解析したときのようにオシロスコープが必要になってくると、リモートアクセスだけではうまくいきません。今のところ、オシロスコープを常用することはないので問題はありませんが、今後必要になったときはもう一工夫いりますね……。

編集者:すずき(2019/03/02 23:34)

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2019年3月3日

ROCKPro64のシリアル文字化け - パッチ投稿

目次: ROCK64/ROCKPro64

(主に俺のために)ROCKPro64のシリアル文字化けを直すべく、Rockchip RK3399のシリアルUART2のdrive strengthを3mAから12mAにするパッチをLKML(Linux Kernel Mailing List)に送ってみました。ま、ダメ元です。

ROCKPro64だけ何でこんなにRising timeが長くなるのでしょう?

Rockchip RK3328搭載のROCK64は、特に問題がないように見えます。ROCKPro64同様にROCK64もRK3328からPi-2コネクタに直で信号を出しているはずなのに。

RK3399の方がプロセス進んでるから、I/Oドライブ性能が低いのでしょうか。結局、問題の原因は良くわからないままです。

パッチを送ってから気づいたのですが、タイトルにRK3399向けのパッチと説明を忘れていたり、ROCKPro64しか確認できていない症状なのに、共通ファイルrk3399.dtsiに変更入れていたり、色々マズいです。そんなもんROCKPro64のデバイスツリーに入れてよ……、ってリジェクトされる気がします。

おそらく他のRK3399のボードもRK3399とUARTのピンを直結していれば、同じ症状が起きると思うんですが、私は他のボード持っていないからわかりません。

メモ: 技術系の話はFacebookから転記しておくことにした。加筆した。

編集者:すずき(2020/10/30 00:49)

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2019年3月4日

ROCKPro64のシリアル文字化け - LKMLでの議論

目次: ROCK64/ROCKPro64

メンテナーのHeikoさんからは「共通部分を変えようとしているから、他のボードの関係者にも聞いてくれ」とのことでした。そりゃそうだなと、RK3399のボードのデバイスツリーを変えていそうな人達にCCでメールしてみたところ、お返事がきました。

Tonyさんは、ROC RK3399 PCとROCKPro64の2つのバージョン(V2.0とV2.1、私が持っているのはV2.1)など、色々なボードでの立ち上がり、立ち下がり時間の測定値を教えてくれました。いずれも私が観測しているような症状はないとのことです。

Robinさんは、アイパターンを見てくれて、やっぱり異常はないと教えてくれました。

念のため、ピンに何か繋いでいる(インピーダンスが低い、立ち上がり時間が遅く計測される)のか、何も繋いでいない(インピーダンスが高い、立ち上がり時間が速く計測される)のかも確認しましたが、UART-USB変換ボードをジャンパケーブルで繋いでいるとのことでした。

うーん。話を総合すると、どうも私のボードの個体不良っぽいです。パッチは取り下げておきました。やりとりは面白かったですが、結果的には皆さんを混乱させてしまっただけでしたね。

編集者:すずき(2020/10/30 00:49)

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2019年3月5日

ROCKPro64のシリアル文字化け - 結論

目次: ROCK64/ROCKPro64

ROCKPro64のシリアルUART2が文字化けする問題に決着がつきました。

LKML(Linux Kernel Mailing List)に生息するナイスガイ達のおかげで、自分が持っているROCKPro64だけが異常値を示していることがわかりました。皆、普通にオシロスコープ持っているみたいですし、アイパターンまで見ていた人もいて、LKMLすげーな……と感心しました。

私のボードは、おそらくどこかにハンダ不良があり、RK3399からUART2ピンまでの抵抗値が異常に高くなっていると推測されます。

テスターで抵抗値を見ればわかるはずですが、ROCKPro64はボードのシルクに部品番号が全く書いておらず、どこにプローブを当てたら良いかさっぱりわかりませんでした。残念。

メモ: 技術系の話はFacebookから転記しておくことにした。

編集者:すずき(2020/10/30 00:49)

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  • kmlさん(2019/03/20 21:30)
    > 自分が持っている RockPro64 だけが異常値を示していることがわかりました。

    オシロの波形見てて気がつかなかったのかな?

    以下、具体例だが
    https://github.com/ayufan-rock64/linux-build/releases/download/0.7.9/bionic-minimal-rockpro64-0.7.9-1067-arm64.img.xz
    https://github.com/ayufan-rock64/linux-build/releases/download/0.7.14/bionic-minimal-rockpro64-0.7.14-1081-arm64.img.xz
    前者は、比較的マシだがその兆候は出てる。
    後者は、貴方が提示した写真とほぼ同等で、操作不能な程のレベル
    (どのkernel、例えば "armbian" でもその兆候は出ているが、その程度は上記前者レベル
     多少の取りこぼしはあるかもしれないが、まだ十分操作可能なレベル)

    何れも u-boot の段階では問題無いのに、kernelに制御が移った後で ご指摘の症状
    私の手持ち全てが(3台)同一症状、kernel依存と見るのが妥当だと思うな

    もし、貴方が指摘した際に使ったものと同一のkernelを使えば おそらく全数がそうなる

    それと、同等の報告が 既に去年の夏頃に挙がってる
  • すずきさん(2019/03/21 17:45)
    > オシロの波形見てて気がつかなかったのかな?

    えーと、私が他のカーネル(ayufan-rock64 とか)の動作を見なかったのか?という意味でしょうか?
    そういう意味でしたら linux-next 以外は見ていないです。


    > 何れも u-boot の段階では問題無いのに、kernelに制御が移った後で ご指摘の症状

    確かに U-Boot は文字化けしないですね。Drive Strength の設定を見るとデフォルト値(3mA)だったので、他の設定が影響しているのかもしれません。

    後で U-Boot の UART2 出力についても、オシロスコープで波形見てみます。


    > 私の手持ち全てが(3台)同一症状、kernel依存と見るのが妥当だと思うな

    情報ありがとうございます。

    うーん、そうなんですか。私は 1台しか持っていないので個体不良かどうか見分けがつかないです。

    海外の人たちはなぜ同じ症状に遭遇しないのだろう。。。
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