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RISC-V 64向けLinuxブートローダー（OpenSBI）の構築

目次: Linux

以前、Berkeley Bootloader（riskv-pkのbbl）を使用してRISC-V Linuxを立ち上げました（2019年2月26日の日記参照）が、今回はOpenSBIを使ってLinuxの起動を試みようと思います。

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

前回との違いはブートローダをbblからOpenSBIに変更したことです。

クロスコンパイラ

前回同様なので省略します。

ルートファイルシステム

前回同様にbusyboxと手作業でinitramfsを作りますが、ビルドディレクトリを使うように手順を変更しています。バージョンは1.35.0を使います（タグ名: 1_35_0）。

busyboxコード取得、セットアップ、ビルド

$ git clone https://git.busybox.net/busybox
$ cd busybox
$ mkdir build

$ make \
  O=build \
  ARCH=riscv \
  CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu- \
  menuconfig

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

$ make \
  O=build \
  ARCH=riscv \
  CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu- \
  all

ビルドに成功すると実行ファイルbusybox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 ../../build/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

横着してホストマシンのデバイスファイルをコピーしてます。RISC-V Linux上で何か操作したければinit, sh以外のシンボリックリンクも作った方が便利です。

カーネル

前回との違いは下記のとおりです。linux-nextでも手順は同じですが、linux-nextはたまにデグレして動作せず話がややこしくなるので、linux本線の少し古めのバージョンを使います。

linux-nextではなくlinux本線を使うように変更
ビルドディレクトリを使うように変更
initramfsを内蔵するように変更

バージョンは6.9を使います（タグ名: v6.9）。

Linuxのビルド

$ git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git
$ cd linux
$ mkdir build

$ make \
  O=build \
  ARCH=riscv \
  CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu- \
  defconfig

$ make \
  O=build \
  ARCH=riscv \
  CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu- \
  menuconfig

- General setup  --->
  (../busybox/initramfs-work-riscv/initramfs.cpio) Initramfs source file(s)


$ make \
  O=build \
  ARCH=riscv \
  CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu- \
  all

前回のようにexportで環境変数を設定しても良いですし、makeに逐一指定しても良いです。

ブートローダー

ブートローダーにはOpenSBIを使います。バージョンは1.5を使います（タグ名: v1.5）。

OpenSBIのビルド

$ git clone https://github.com/riscv-software-src/opensbi.git
$ cd opensbi

$ make \
  CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu- \
  PLATFORM=generic \
  FW_PAYLOAD_PATH=../linux/build/arch/riscv/boot/Image \
  clean all

BBLもそうでしたけど、ブートローダーとカーネルは1つのバイナリになります。FW_PAYLOAD_PATHにはカーネルのバイナリ（vmlinuxではない）のパスを指定します。PLATFORMはSoCやボードの種類を指定します、QEMU向けの場合はgenericです。

エミュレータ

エミュレータにはQEMUを使います。システムにインストールされているバージョンが古い場合があるので、ソースコードからビルドする方法も紹介します。QEMU実行時にオプション--netdev userを使うのであれば、QEMUをビルドする前にlibslirp-devをインストールしておく必要があります。

QEMUのビルド

$ cd qemu
$ mkdir build
$ cd build

$ ../configure \
  --target-list=riscv32-softmmu,riscv32-linux-user,riscv64-softmmu,riscv64-linux-user \
  --enable-debug \
  --disable-docs
$ ninja

バージョンはv9.0.2を使いました。target-listやdisable-docsはビルド時間の短縮のためで指定しなくても良いです。使わないアーキテクチャ用（ARMとか）のエミュレータがビルドされるためビルドに若干時間がかかります。enable-debugはQEMUをデバッグする可能性があれば指定してください。

ブートローダーの動作確認

ここまでの準備でブートローダーとLinuxカーネルの初期部分は確認できるはずですので、動作確認します。

OpenSBI＋Linuxカーネルの起動

$ cd qemu/build

$ ./qemu-system-riscv64 \
  -machine virt \
  -nographic \
  -bios none \
  -chardev stdio,id=con,mux=on \
  -serial chardev:con \
  -mon chardev=con,mode=readline \
  -smp 4 \
  -kernel ../../opensbi/build/platform/generic/firmware/fw_payload.bin

うまくいっていればこんな感じになるはずです。

OpenSBIのログ

OpenSBI v1.5
   ____                    _____ ____ _____
  / __ \                  / ____|  _ \_   _|
 | |  | |_ __   ___ _ __ | (___ | |_) || |
 | |  | | '_ \ / _ \ '_ \ \___ \|  _ < | |
 | |__| | |_) |  __/ | | |____) | |_) || |_
  \____/| .__/ \___|_| |_|_____/|____/_____|
        | |
        |_|

Platform Name             : riscv-virtio,qemu
Platform Features         : medeleg
Platform HART Count       : 4
Platform IPI Device       : aclint-mswi
Platform Timer Device     : aclint-mtimer @ 10000000Hz
Platform Console Device   : uart8250
Platform HSM Device       : ---
Platform PMU Device       : ---
Platform Reboot Device    : syscon-reboot
Platform Shutdown Device  : syscon-poweroff
Platform Suspend Device   : ---
Platform CPPC Device      : ---
Firmware Base             : 0x80000000
Firmware Size             : 357 KB
Firmware RW Offset        : 0x40000
Firmware RW Size          : 101 KB
Firmware Heap Offset      : 0x4f000
Firmware Heap Size        : 41 KB (total), 2 KB (reserved), 11 KB (used), 27 KB (free)
Firmware Scratch Size     : 4096 B (total), 416 B (used), 3680 B (free)
Runtime SBI Version       : 2.0

Domain0 Name              : root
Domain0 Boot HART         : 0
Domain0 HARTs             : 0*,1*,2*,3*
Domain0 Region00          : 0x0000000000100000-0x0000000000100fff M: (I,R,W) S/U: (R,W)
Domain0 Region01          : 0x0000000010000000-0x0000000010000fff M: (I,R,W) S/U: (R,W)
Domain0 Region02          : 0x0000000002000000-0x000000000200ffff M: (I,R,W) S/U: ()
Domain0 Region03          : 0x0000000080040000-0x000000008005ffff M: (R,W) S/U: ()
Domain0 Region04          : 0x0000000080000000-0x000000008003ffff M: (R,X) S/U: ()
Domain0 Region05          : 0x000000000c400000-0x000000000c5fffff M: (I,R,W) S/U: (R,W)
Domain0 Region06          : 0x000000000c000000-0x000000000c3fffff M: (I,R,W) S/U: (R,W)
Domain0 Region07          : 0x0000000000000000-0xffffffffffffffff M: () S/U: (R,W,X)
Domain0 Next Address      : 0x0000000080200000
Domain0 Next Arg1         : 0x0000000082200000
Domain0 Next Mode         : S-mode
Domain0 SysReset          : yes
Domain0 SysSuspend        : yes

Boot HART ID              : 0
Boot HART Domain          : root
Boot HART Priv Version    : v1.12
Boot HART Base ISA        : rv64imafdch
Boot HART ISA Extensions  : sstc,zicntr,zihpm,zicboz,zicbom,sdtrig,svadu
Boot HART PMP Count       : 16
Boot HART PMP Granularity : 2 bits
Boot HART PMP Address Bits: 54
Boot HART MHPM Info       : 16 (0x0007fff8)
Boot HART Debug Triggers  : 2 triggers
Boot HART MIDELEG         : 0x0000000000001666
Boot HART MEDELEG         : 0x0000000000f0b509
[    0.000000] Linux version 6.9.0 (katsuhiro@blackbird) (riscv64-unknown-linux-gnu-gcc (GCC) 14.1.0, GNU ld (GNU Binutils) 2.42.50.20240622) #1 SMP Tue Jul 16 18:44:37 JST 2024
[    0.000000] random: crng init done
[    0.000000] Machine model: riscv-virtio,qemu
[    0.000000] SBI specification v2.0 detected
[    0.000000] SBI implementation ID=0x1 Version=0x10005
[    0.000000] SBI TIME extension detected
[    0.000000] SBI IPI extension detected
[    0.000000] SBI RFENCE extension detected
[    0.000000] SBI SRST extension detected
[    0.000000] SBI DBCN extension detected
[    0.000000] efi: UEFI not found.
...

今後はOpenSBIやLinuxカーネルの動作を調べる予定です。

編集者:すずき(2024/10/25 02:10)

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PC - まとめリンク

目次: PC

一覧が欲しくなったので作りました。

編集者:すずき(2024/10/25 01:56)

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Bitbakeのディストリビューション

目次: Yocto

Yocto Scarthgap（5.0.1）のメモです。前回同様、コードを読んで依存関係を調べるのは大変時間が掛かるので、簡易的な調査手法として全ファイルを消してエラーを観察し、エラーの原因となるファイルを復活させて次ステップに進める手段を用います。

引き続きBitbakeを実行してエラーを見て、足りないファイルを元に戻していくいう方法で各パーツや設定の動作を見ていきたいと思います。

ディストリビューションが見つからないエラー

$ bitbake core-image-sato

ERROR:  OE-core's config sanity checker detected a potential misconfiguration.
    Either fix the cause of this error or at your own risk disable the checker (see sanity.conf).
    Following is the list of potential problems / advisories:

    DISTRO 'poky' not found. Please set a valid DISTRO in your local.conf

新たなディストリビューション（DISTRO, distribution）なる用語が出てきました。Yoctoのドキュメント（Creating Your Own Distribution - The Yocto Project）には特に用語の説明がないのですが、一般的なLinuxディストリビューションと同じ意味、つまり「Linuxカーネルと周辺ソフトウェアを1つにまとめたもの」を意味していると思われます。

ビルドディレクトリbuild/conf/local.confに下記の記述があり、デフォルトのディストリビューションはpokyとなります。

デフォルトのディストリビューションの定義位置


## build/conf/local.conf

...(略)...

# Default policy config
#
# The distribution setting controls which policy settings are used as defaults.
# The default value is fine for general Yocto project use, at least initially.
# Ultimately when creating custom policy, people will likely end up subclassing
# these defaults.
#
DISTRO ?= "poky"

ちなみに環境変数による設定は上書きできます。DISTROに限らず他の変数も同様です。

ディストリビューションの上書き指定

$ DISTRO=something bitbake core-image-sato

ERROR:  OE-core's config sanity checker detected a potential misconfiguration.
    Either fix the cause of this error or at your own risk disable the checker (see sanity.conf).
    Following is the list of potential problems / advisories:

    DISTRO 'something' not found. Please set a valid DISTRO in your local.conf

Yoctoのドキュメントによれば、conf/distroの下にある"distro名.conf"がdistribution configuration fileなので、poky用ならばconf/distro/poky.confが該当します。探すとmeta-poky/conf/distroの下にpoky.confがありました。このファイルも元に戻します。

poky-sanityクラスが見つからないエラー（pokyディストリビューション用）

$ bitbake core-image-sato

ERROR: Unable to parse /home/katsuhiro/share/projects/oss/poky/bitbake/lib/bb/parse/parse_py/BBHandler.py
Traceback (most recent call last):
  File "/home/katsuhiro/share/projects/oss/poky/bitbake/lib/bb/parse/parse_py/BBHandler.py", line 71, in inherit(files=['poky-sanity'], fn='configuration INHERITs', lineno=0, d=<bb.data_smart.DataSmart object at 0x7fb98c543910>, deferred=False):
             if not os.path.exists(file):
    >            raise ParseError("Could not inherit file %s" % (file), fn, lineno)

bb.parse.ParseError: ParseError in configuration INHERITs: Could not inherit file classes/poky-sanity.bbclass

再びクラスが見つからないと言われています。どうもpokyディストリビューションだけで使っているクラスがあるようですので、該当するファイルも合わせて元に戻します。

今回登場したファイル、ディレクトリは、