コグノスケ

Zephyr OSで遊ぼう その11 - Zephyr 2.3.0に対応する

目次: Zephyr

Zephyr 2.3.0にバージョンアップしたところ、またHogeボードのビルドが通らなくなりました。

一点目はUARTドライバのCMakeListsです。zephyr_library_sources_if_kconfig() がなくなったため、書き方が変わりました。

commit 244f826e3c7333bb92fb53a65c50ee5cbd8a2ea0
Author: Carles Cufi <carles.cufi@nordicsemi.no>
Date:   Fri Jul 31 13:52:40 2020 +0200

    cmake: remove _if_kconfig() functions

    This set of functions seem to be there just because of historical
    reasons, stemming from Kbuild. They are non-obvious and prone to errors,
    so remove them in favor of the `_ifdef()` ones with an explicit
    `CONFIG_` condition.

    Script used:

    git grep -l _if_kconfig | xargs sed -E -i
    "s/_if_kconfig\(\s*(\w*)/_ifdef(CONFIG_\U\1\E \1/g"

    Signed-off-by: Carles Cufi <carles.cufi@nordicsemi.no>

# drivers/serial/CMakeLists.txt

zephyr_library_sources_if_kconfig(uart_spike.c)

下記に変更

zephyr_library_sources_ifdef(CONFIG_UART_SPIKE uart_spike.c)

二点目は整数型です。Zephyrはu8_t, u16_t, u32_tのような独自の整数型を持っていましたが、C99の型に置き換えられました。drivers/serial/uart_spike.cの実装を書き換える必要があります。

commit a1b77fd589dbe7284c17b029f251426a724abd47
Author: Kumar Gala <kumar.gala@linaro.org>
Date:   Wed May 27 11:26:57 2020 -0500

    zephyr: replace zephyr integer types with C99 types

            git grep -l 'u\(8\|16\|32\|64\)_t' | \
                    xargs sed -i "s/u\(8\|16\|32\|64\)_t/uint\1_t/g"
            git grep -l 's\(8\|16\|32\|64\)_t' | \
                    xargs sed -i "s/s\(8\|16\|32\|64\)_t/int\1_t/g"

    Signed-off-by: Kumar Gala <kumar.gala@linaro.org>

三点目はDT_INST_0_SPIKE_UART_SPIKE_LABELマクロです。こいつは元々、訳のわからない名前で直しようがないので、SiFiveのシリアルドライバの履歴を参考に直します。履歴を見ると2回ほど変わっています。

マクロ名のルールはDT_INST_<INSTANCE>_<COMPAT>_<PROP> だったみたいです。今初めて知りました。やっぱりこの書き方は意味不明と思ったのか、DT_INST_PROP(0, label) という形式になりました。さらに今はDT_INST_LABEL(0) という形式に落ち着いています。

★★DT_INST_PROP(0, label) になったコミット

commit 8f84520130a346957ac2e2bdff1d6a51bca13af0
Author: Kumar Gala <kumar.gala@linaro.org>
Date:   Tue Mar 10 17:24:43 2020 -0500

    drivers: serial: uart_sifive: convert to new DT API

    Use the new devicetree.h API instead of the legacy macros.

    Signed-off-by: Kumar Gala <kumar.gala@linaro.org>


★★DT_INST_LABEL(0) になったコミット

commit 74d459fb66b10a5a0614a582fb0375d8b4a78c9e
Author: Kumar Gala <kumar.gala@linaro.org>
Date:   Thu Apr 2 13:13:47 2020 -0500

    drivers: serial: sifive: use DT_INST_LABEL macro

    Replace a few cases that should have been DT_INST_LABEL instead.

    Signed-off-by: Kumar Gala <kumar.gala@linaro.org>

このマクロの罠はそれだけに留まらず、ソースコードの先頭に下記マクロを定義する必要があります。依然として訳がわかりません。ZephyrはDviceTree周りの仕様が不安定です。

// zephyr/drivers/serial/uart_spike.c

#define DT_DRV_COMPAT spike_uart_spike

最後はリンカーです。これは元々のコードのコンフィグが間違っていたことに起因します。ROM領域がないのにCONFIG_XIPが有効になっていました。

$ ninja

...

x-tools/riscv64-zephyr-elf/lib/gcc/riscv64-zephyr-elf/8.3.0/../../../../riscv64-zephyr-elf/bin/ld: invalid origin for memory region ROM
collect2: error: ld returned 1 exit status
ninja: build stopped: subcommand failed.

エラーメッセージからは何が原因か読み取れないですね。こういうときはビルドディレクトリのリンカースクリプト（zephyr/linker.cmd）をうまく行く場合と、うまく行かない場合で見比べます。

/* zephyr/build/zephyr/linker.cmd */

 OUTPUT_ARCH("riscv")
 OUTPUT_FORMAT("elf32-littleriscv")
MEMORY
{
    ROM (rx) : ORIGIN = 541065216, LENGTH = 12582912
    RAM (rwx) : ORIGIN = 0x80000000, LENGTH = ((16) << 10)
    IDT_LIST (wx) : ORIGIN = 0xFFFFF7FF, LENGTH = 2K
}

/* zephyr/build/zephyr/linker.cmd */

 OUTPUT_ARCH("riscv")
 OUTPUT_FORMAT("elf32-littleriscv")
MEMORY
{
    ROM (rx) : ORIGIN = ROM_BASE, LENGTH = ROM_SIZE    /* ★★ここがおかしい★★ */
    RAM (rwx) : ORIGIN = 0x80000000, LENGTH = ((32) << 10)
    IDT_LIST (wx) : ORIGIN = 0xFFFFF7FF, LENGTH = 2K
}

このスクリプトは下記のファイルから生成されているようです。HogeボードはROM領域を使う前提ではないので、領域そのものが要りません。ROM領域を葬るにはCONFIG_XIPをnにすれば良さそうです。ファイルはboards/riscv/hoge/hoge_defconfigです。

// include/arch/riscv/common/linker.ld

MEMORY
{
#ifdef CONFIG_XIP
#if DT_NODE_HAS_COMPAT_STATUS(DT_CHOSEN(zephyr_flash), soc_nv_flash, okay)
#define ROM_BASE DT_REG_ADDR(DT_CHOSEN(zephyr_flash))
#define ROM_SIZE DT_REG_SIZE(DT_CHOSEN(zephyr_flash))
#elif DT_NODE_HAS_COMPAT_STATUS(DT_CHOSEN(zephyr_flash), jedec_spi_nor, okay)
/* For jedec,spi-nor we expect the spi controller to memory map the flash
 * and for that mapping to be the second register property of the spi
 * controller.
 */
#define SPI_CTRL DT_PARENT(DT_CHOSEN(zephyr_flash))
#define ROM_BASE DT_REG_ADDR_BY_IDX(SPI_CTRL, 1)
#define ROM_SIZE DT_REG_SIZE_BY_IDX(SPI_CTRL, 1)
#endif
    ROM (rx)  : ORIGIN = ROM_BASE, LENGTH = ROM_SIZE    /* ★★CONFIG_XIPが無効ならこの行ごと消える★★ */
#endif
    RAM (rwx) : ORIGIN = CONFIG_SRAM_BASE_ADDRESS, LENGTH = KB(CONFIG_SRAM_SIZE)
    /* Used by and documented in include/linker/intlist.ld */
    IDT_LIST  (wx)      : ORIGIN = 0xFFFFF7FF, LENGTH = 2K
}

以上の修正を入れて動かします。

$ qemu-system-riscv32 -nographic -machine spike -net none -chardev stdio,id=con,mux=on -serial chardev:con -mon chardev=con,mode=readline -kernel zephyr/zephyr.elf -bios none

*** Booting Zephyr OS build zephyr-v2.3.0-2349-g0769bb760b2a  ***
Hello World! hoge

やっと動きました。良かった良かった。

Zephyrの16550シリアルドライバ その2

目次: Zephyr

以前、RISC-V QEMUの -machine virtで、シリアルドライバ16550を使う設定を作りましたが、Zephyr 2.3.0で動かなくなってしまいました。悲しい。

変更点はレジスタアドレスシフト量の設定方法です。DT_NS16550_REG_SHIFTで設定する方式でしたが、デバイスツリーから設定するように変更されました。

commit 70a0063b69b06812c5726077646cffae3b8e199c
Author: Kumar Gala <kumar.gala@linaro.org>
Date:   Fri Mar 27 06:03:59 2020 -0500

    drivers: serial: uart_ns16550: Convert to new DT_INST macros

    Convert older DT_INST_ macro use the new include/devicetree.h
    DT_INST macro APIs.

    Signed-off-by: Kumar Gala <kumar.gala@linaro.org>

// zephyr/drivers/serial/uart_ns16550.c

-#ifdef DT_INST_0_NS16550_REG_SHIFT
-#define UART_REG_ADDR_INTERVAL (1<<DT_INST_0_NS16550_REG_SHIFT)
+#if DT_INST_NODE_HAS_PROP(0, reg_shift)
+#define UART_REG_ADDR_INTERVAL (1<<DT_INST_PROP(0, reg_shift))
 #endif

デバイスツリーに何を書けば良いのかは、デバイスツリーのドキュメント（ns16550.yaml）を見ましょう。プロパティ名と説明が書いてあります。

// zephyr/dts/bindings/serial/ns16550.yaml

properties:
    reg:
      required: true

    reg-shift:
      type: int
      required: false
      description: quantity to shift the register offsets by


// zephyr/dts/riscv/riscv32-virt.dtsi

...

		uart0: serial@10000000 {
			compatible = "ns16550";
			reg = <0x10000000 0x100>;
			clock-frequency = <3686400>;
			label = "uart_0";
			current-speed = <115200>;
			reg-shift = <0>;    /* ★これを追加★ */
		};


// zephyr/soc/riscv/riscv-privilege/rv32-virt/soc.h

...

/* ★★下記定義は全て不要★★ */

#define DT_UART_NS16550_PORT_0_BASE_ADDR    DT_INST_0_NS16550_BASE_ADDRESS
#define DT_UART_NS16550_PORT_0_BAUD_RATE    DT_INST_0_NS16550_CURRENT_SPEED
#define DT_UART_NS16550_PORT_0_CLK_FREQ     DT_INST_0_NS16550_CLOCK_FREQUENCY
#define DT_UART_NS16550_PORT_0_NAME         DT_INST_0_NS16550_LABEL

#define DT_NS16550_REG_SHIFT                0

以上の修正を入れて動かします。

$ qemu-system-riscv32 -nographic -machine virt -net none -chardev stdio,id=con,mux=on -serial chardev:con -mon chardev=con,mode=readline -kernel zephyr/zephyr.elf -bios none

*** Booting Zephyr OS build zephyr-v2.3.0-2350-g2f294fcc2da8  ***               
Hello World! QEMU RV32 virt board

動きました。良かった良かった。

FreeRTOSで遊ぼう その1 - FreeRTOS入門

目次: FreeRTOS

以前RTOS界の新星Zephyrを調べて、新たなRISC-Vボードの定義を作りました。今回はRTOSの老舗FreeRTOSを調べます。FreeRTOSはGPLv2で開発されていましたが、Amazonが買収した後はMITライセンスになっています。IoT分野での企業ユーザー（大抵コード公開を嫌がる）を重視したんでしょう。

$ git clone https://github.com/FreeRTOS/FreeRTOS freertos

Cloning into 'freertos'...
remote: Enumerating objects: 149823, done.
Receiving objects:   0% (1/149823)
remote: Total 149823 (delta 0), reused 0 (delta 0), pack-reused 149823
Receiving objects: 100% (149823/149823), 115.38 MiB | 8.29 MiB/s, done.
Resolving deltas: 100% (107018/107018), done.
Updating files: 100% (12962/12962), done.

$ git submodule update --init --recursive

FreeRTOSのカーネルはFreeRTOS/Sourceに配置されており、リポジトリはhttps://github.com/FreeRTOS/FreeRTOS-Kernelです。

FreeRTOS上で動く何かを作成する場合はfreertos/FreeRTOS/Demoの下に作るルールになっているようです。たくさんのアーキテクチャ、ボード向けのコードが格納されています。統一感がなくて、どれを見たら良いのか良くわからないのが難点です。

ツールチェーンの準備

RISC-V 32ビット用でしたら、以前Zephyr用に作成したツールチェーン（2020年1月31日の日記参照）が流用できます。ARMやそれ以外の環境でもCrosstool-NGを使えばたいてい作成できるはずです。

既存のデモを作り変える

Demoディレクトリの下にはRISC-V QEMU向けのプロジェクト（正確にはSiFive HiFive1エミュレーション環境向け）が既に1つあります。FreeRTOS/Demo/RISC-V-Qemu-sifive_e-Eclipse-GCCです。このデモはEclipse向けになっているので、Makefile向けに作り直します。Eclipse関連のファイルを削除してMakefileを作成するだけです。

CROSS=riscv64-unknown-elf-
CC=$(CROSS)gcc
OBJCOPY=$(CROSS)objcopy
ARCH=$(CROSS)ar

RTOS_SOURCE_DIR=../../Source
DEMO_SOURCE_DIR=../Common/Minimal
LIBWRAP_SOURCE_DIR=./freedom-e-sdk/libwrap

CPPFLAGS = -g -O2 -Wall -march=rv32ima -mabi=ilp32 -mcmodel=medlow \
	-fmessage-length=0 \
	-ffunction-sections \
	-fdata-sections \
	-fno-builtin-printf \
	-DportasmHANDLE_INTERRUPT=handle_trap \
	-I . -I ../Common/include \
	-I $(RTOS_SOURCE_DIR)/include \
	-I $(RTOS_SOURCE_DIR)/portable/GCC/RISC-V \
	-I $(RTOS_SOURCE_DIR)/portable/GCC/RISC-V/chip_specific_extensions/RV32I_CLINT_no_extensions \
	\
	-I freedom-e-sdk/include \
	-I freedom-e-sdk/env \
	-I freedom-e-sdk/env/freedom-e300-hifive1

CFLAGS =
ASFLAGS =
LDFLAGS = \
	-march=rv32ima -mabi=ilp32 -mcmodel=medlow \
	-Tfreedom-e-sdk/env/freedom-e300-hifive1/flash.lds \
	-Xlinker --gc-sections \
	-Xlinker --defsym=__stack_size=300

SRCS = \
	main.c \
	blinky_demo/main_blinky.c \
	$(DEMO_SOURCE_DIR)/EventGroupsDemo.c \
	$(DEMO_SOURCE_DIR)/TaskNotify.c \
	$(DEMO_SOURCE_DIR)/TimerDemo.c \
	$(DEMO_SOURCE_DIR)/blocktim.c \
	$(DEMO_SOURCE_DIR)/dynamic.c \
	$(DEMO_SOURCE_DIR)/recmutex.c \
	$(RTOS_SOURCE_DIR)/event_groups.c \
	$(RTOS_SOURCE_DIR)/list.c \
	$(RTOS_SOURCE_DIR)/queue.c \
	$(RTOS_SOURCE_DIR)/stream_buffer.c \
	$(RTOS_SOURCE_DIR)/tasks.c \
	$(RTOS_SOURCE_DIR)/timers.c \
	$(RTOS_SOURCE_DIR)/portable/MemMang/heap_4.c \
	$(RTOS_SOURCE_DIR)/portable/GCC/RISC-V/port.c

ASMS = \
	$(RTOS_SOURCE_DIR)/portable/GCC/RISC-V/portASM.S \
	\
	freedom-e-sdk/env/start.S \
	freedom-e-sdk/env/entry.S

OBJS = $(SRCS:.c=.o) $(ASMS:.S=.o)

a.out: $(OBJS) $(CRT0) Makefile
	$(CC) $(CFLAGS) $(LDFLAGS) $(OBJS) -nostartfiles $(CRT0) $(LINKER_FLAGS) -o $@

clean:
	rm -rf $(OBJS)

元のコードでは --defsym=__stack_size=350なんですが、そのまま使うとなぜか下記のリンクエラーが出るので、少しだけ減らしています。

x-tools/riscv64-unknown-elf/lib/gcc/riscv64-unknown-elf/10.2.0/../../../../riscv64-unknown-elf/bin/ld: section .stack VMA [0000000080003e00,0000000080003fff] overlaps section .bss VMA [0000000080000440,0000000080003ebb]
collect2: error: ld returned 1 exit status
make: *** [Makefile:105: rtosdemo.elf] Error 1

リンカースクリプトを見る限りHiFive1はRAMが16KBしかないようで、あまり大きな領域を取ろうとするとすぐに溢れてしまいます。

// freertos/FreeRTOS/Demo/RISC-V-Qemu-virt_GCC/freedom-e-sdk/env/freedom-e300-hifive1/flash.lds

MEMORY
{
  flash (rxai!w) : ORIGIN = 0x20400000, LENGTH = 512M
  ram (wxa!ri) : ORIGIN = 0x80000000, LENGTH = 16K
}

Makefileを作ったらmakeし、動作確認します。

$ qemu-system-riscv32 -nographic -machine sifive_e -net none -chardev stdio,id=con,mux=on -serial chardev:con -mon chardev=con,mode=readline -bios none -kernel a.out

StartingBlink
Blink
Blink
Blink
Blink
...

動作しました。QEMUを止めるまでBlinkという文字が延々と出続けます。最初のStartingに改行が入っていないのは元々です。理由は良くわかりません、作った人がミスっただけかな？

FreeRTOSで遊ぼう その2 - FreeRTOSをvirtに移植（ドライバ準備編）

目次: FreeRTOS

前回は既にあるデモアプリのビルドシステムを組み替えてRISC-V QEMU sifive_eマシン（SiFive HiFive1相当）上でFreeRTOSを動かしました。今回はRISC-V QEMU virtマシン上でFreeRTOSを動かします。

マシンの違いですが、まずUARTが違います。HiFive1はSiFive UART、virtは16550です。UARTを動かすための簡易的なドライバを書きます。

// freertos/FreeRTOS/Demo/RISC-V-Qemu-virt_GCC/ns16550.c

#include <stdint.h>

#include "ns16550.h"

/* register definitions */
#define REG_RBR		0x00 /* Receiver buffer reg. */
#define REG_THR		0x00 /* Transmitter holding reg. */
#define REG_IER		0x01 /* Interrupt enable reg. */
#define REG_IIR		0x02 /* Interrupt ID reg. */
#define REG_FCR		0x02 /* FIFO control reg. */
#define REG_LCR		0x03 /* Line control reg. */
#define REG_MCR		0x04 /* Modem control reg. */
#define REG_LSR		0x05 /* Line status reg. */
#define REG_MSR		0x06 /* Modem status reg. */
#define REG_SCR		0x07 /* Scratch reg. */
#define REG_BRDL	0x00 /* Divisor latch (LSB) */
#define REG_BRDH	0x01 /* Divisor latch (MSB) */

/* Line status */
#define LSR_DR			0x01 /* Data ready */
#define LSR_OE			0x02 /* Overrun error */
#define LSR_PE			0x04 /* Parity error */
#define LSR_FE			0x08 /* Framing error */
#define LSR_BI			0x10 /* Break interrupt */
#define LSR_THRE		0x20 /* Transmitter holding register empty */
#define LSR_TEMT		0x40 /* Transmitter empty */
#define LSR_EIRF		0x80 /* Error in RCVR FIFO */

uint8_t readb( uintptr_t addr )
{
	return *((uint8_t *) addr );
}

void writeb( uint8_t b, uintptr_t addr )
{
	*((uint8_t *) addr ) = b;
}

void ns16550_out( struct device *dev, unsigned char c )
{
	uintptr_t addr = dev->addr;

	while ( (readb( addr + REG_LSR ) & LSR_THRE) == 0 ) {
		/* busy wait */
	}

	writeb( c, addr + REG_THR );
}

このドライバは初期化も設定も何もせず、いきなり出力だけ行う手抜き実装です。QEMUでは動きますが、おそらく実機では動かないでしょう。

mainを書き換える

元のコードはmain.cにSiFive UART用のシリアルの出力コードが入っているので、これを削ります。またmain.cとmain_blinky.c, main_full.cに別れていますが、あまり複雑なデモは要りません。main_full.cの方は削って、main.cに統合します。

// freertos/FreeRTOS/Demo/RISC-V-Qemu-virt_GCC/main.c

static void prvQueueSendTask( void *pvParameters )
{
TickType_t xNextWakeTime;
const unsigned long ulValueToSend = 100UL;
BaseType_t xReturned;

	/* Remove compiler warning about unused parameter. */
	( void ) pvParameters;

	/* Initialise xNextWakeTime - this only needs to be done once. */
	xNextWakeTime = xTaskGetTickCount();

	for( ;; )
	{
		/* Place this task in the blocked state until it is time to run again. */
		vTaskDelayUntil( &xNextWakeTime, mainQUEUE_SEND_FREQUENCY_MS );

		/* Send to the queue - causing the queue receive task to unblock and
		toggle the LED.  0 is used as the block time so the sending operation
		will not block - it shouldn't need to block as the queue should always
		be empty at this point in the code. */
		xReturned = xQueueSend( xQueue, &ulValueToSend, 0U );
		configASSERT( xReturned == pdPASS );
	}
}

/*-----------------------------------------------------------*/

static void prvQueueReceiveTask( void *pvParameters )
{
unsigned long ulReceivedValue;
const unsigned long ulExpectedValue = 100UL;
const char * const pcPassMessage = "Blink\r\n";
const char * const pcFailMessage = "Unexpected value received\r\n";

	/* Remove compiler warning about unused parameter. */
	( void ) pvParameters;

	for( ;; )
	{
		/* Wait until something arrives in the queue - this task will block
		indefinitely provided INCLUDE_vTaskSuspend is set to 1 in
		FreeRTOSConfig.h. */
		xQueueReceive( xQueue, &ulReceivedValue, portMAX_DELAY );

		/*  To get here something must have been received from the queue, but
		is it the expected value?  If it is, toggle the LED. */
		if( ulReceivedValue == ulExpectedValue )
		{
			puts( pcPassMessage );
			ulReceivedValue = 0U;
		}
		else
		{
			puts( pcFailMessage );
		}
	}
}

/*-----------------------------------------------------------*/

int main( void )
{
	puts( "Hello FreeRTOS!" );

	/* Create the queue. */
	xQueue = xQueueCreate( mainQUEUE_LENGTH, sizeof( uint32_t ) );

	if( xQueue != NULL )
	{
		/* Start the two tasks as described in the comments at the top of this
		file. */
		xTaskCreate( prvQueueReceiveTask, "Rx", configMINIMAL_STACK_SIZE * 2U, NULL,
					mainQUEUE_RECEIVE_TASK_PRIORITY, NULL );
		xTaskCreate( prvQueueSendTask, "TX", configMINIMAL_STACK_SIZE * 2U, NULL,
					mainQUEUE_SEND_TASK_PRIORITY, NULL );
	}

	vTaskStartScheduler();

	return 0;
}


// freertos/FreeRTOS/Demo/RISC-V-Qemu-virt_GCC/riscv-virt.c

int puts( const char *s )
{
	struct device dev;
	size_t i;

	dev.addr = NS16550_ADDR;

	for (i = 0; i < strlen(s); i++)
	{
		ns16550_out( &dev, s[i] );
	}
	ns16550_out( &dev, '\n' );

	return 0;
}

別にPOSIX信者というわけでもないんですが、ついでにputs() もどきを実装しておきました。

続きはまた今度。

FreeRTOSで遊ぼう その3 - FreeRTOSをvirtに移植（ブート編）

目次: FreeRTOS

前回UARTドライバとmain() 関数を実装しました。今回はmain() に至るまでのブート部分を実装します。ざっくり言うとアセンブラで書いたスタートコードと、リンカスクリプトが必要です。

メモリマップ

RISC-V QEMU virtマシンのメモリマップは下記のようになっています。使わないハードウェアは載せていません。

• 0x02000000: CLINT
• 0x10000000: 16550 UART
• 0x80000000: RAM

今回はRAMの一部をROMの代わりとして使います。0x80000000は本来RAMですがROMの代わりとして扱います。0x80080000以降をRAMとして扱います。本当はSPI Flash ROMを使ったほうが良いですが、手抜き実装です。リンカスクリプトは下記のようにしました。

OUTPUT_ARCH( "riscv" )
ENTRY( _start )

MEMORY
{
	rom (rxa) : ORIGIN = 0x80000000, LENGTH = 512K
	ram (wxa) : ORIGIN = 0x80080000, LENGTH = 512K
}

SECTIONS
{
	.init :
	{
		_text = .;
		KEEP (*(SORT_NONE(.init)))
	} >rom AT>rom
	
	.text :
	{

		*(.text.unlikely .text.unlikely.*)
		*(.text.startup .text.startup.*)
		*(.text .text.*)
		*(.gnu.linkonce.t.*)
	} >rom AT>rom
	
	.fini :
	{
		KEEP (*(SORT_NONE(.fini)))
		_etext = .;
	} >rom AT>rom

	.rodata.align :
	{
		. = ALIGN(4);
		_rodata = .;
	} >rom AT>rom

	.rodata.start :
	{
		_rodata_lma = LOADADDR(.rodata.start);
	} >rom AT>rom

	.rodata :
	{
		*(.rdata)
		*(.rodata .rodata.*)
		*(.gnu.linkonce.r.*)

		. = ALIGN(4);
		_erodata = .;
	} >rom AT>rom

	.data.align :
	{
		. = ALIGN(4);
		_data = .;
	} >ram AT>rom

	.data.start :
	{
		_data_lma = LOADADDR(.data.start);
	} >ram AT>rom

	.data :
	{
		*(.data .data.*)
		*(.gnu.linkonce.d.*)
		. = ALIGN(8);
		PROVIDE( __global_pointer$ = . + 0x800 );
		*(.sdata .sdata.*)
		*(.sdata2 .sdata2.*)
		*(.gnu.linkonce.s.*)
		. = ALIGN(8);
		*(.srodata.cst16)
		*(.srodata.cst8)
		*(.srodata.cst4)
		*(.srodata.cst2)
		*(.srodata .srodata.*)

		. = ALIGN(4);
		_edata = .;
	} >ram AT>rom

	.bss.align :
	{
		. = ALIGN(4);
		_bss = .;
	} >ram AT>rom

	.bss.start :
	{
		_bss_lma = LOADADDR(.bss.start);
	} >ram AT>rom

	.bss :
	{
		*(.sbss*)
		*(.gnu.linkonce.sb.*)
		*(.bss .bss.*)
		*(.gnu.linkonce.b.*)
		*(COMMON)

		. = ALIGN(4);
		_ebss = .;
	} >ram AT>rom

	. = ALIGN(8);
	_end = .;

	.stack :
	{
		. = ALIGN(16);
		_stack0_bottom = .;
		. += __stack_size;
		_stack0_top = .;
	} >ram AT>ram
}

ビルドしたバイナリをnmやreadelfで見るときわかりやすくするために、あえて変なセクション（.*.align, .*.start）をいくつか作っています。このように見えます。

$ riscv64-unknown-elf-nm -n a.out | less

★.bss.alignにALIGN(4) と書いたとき

80002ea8 R __clz_tab
80002fa8 A _data_lma
80002fa8 R _erodata  ★.rodataの終わり（ROM領域を0x80000000としている）
80002fb8 A _bss_lma
80080000 D _data     ★.dataの始まり（RAM領域を0x80080000としている）
80080000 D pullNextTime
80080008 D uxTimerIncrementsForOneTick
8008000c D xISRStackTop
80080010 B _bss      ★.bssの始まり    ★4bytes alignになっている（.dataの終わりと連続している）
80080010 D _edata    ★.dataの終わり
80080010 b xQueue

...


★.data.alignにALIGN(2048) と書いたとき

80002ca8 R __clz_tab
80002da8 A _data_lma
80002da8 R _erodata  ★.rodataの終わり（ROM領域を0x80000000としている）
80002db8 A _bss_lma
80080000 D _data     ★.dataの始まり（RAM領域を0x80080000としている）
80080000 D pullNextTime
80080008 D uxTimerIncrementsForOneTick
8008000c D xISRStackTop
80080010 D _edata    ★.dataの終わり
80080800 D __global_pointer$
80080800 B _bss      ★.bssの始まり    ★2KB alignになっている（.dataの終わりと連続して「いない」）
80080800 b xQueue

...


$ riscv64-unknown-elf-readelf -a a.out | less

★.bss.alignにALIGN(4) と書いたとき

Section Headers:
  [Nr] Name              Type            Addr     Off    Size   ES Flg Lk Inf Al
  [ 0]                   NULL            00000000 000000 000000 00      0   0  0
  [ 1] .init             PROGBITS        80000000 001000 00006c 00  AX  0   0  1
  [ 2] .text             PROGBITS        80000100 001100 002d2c 00  AX  0   0 256
  [ 3] .rodata.align     PROGBITS        80002e2c 004010 000000 00  WA  0   0  1
  [ 4] .rodata           PROGBITS        80002e2c 003e2c 00017c 00   A  0   0  4
  [ 5] .data.align       PROGBITS        80080000 004010 000000 00  WA  0   0  1
  [ 6] .data             PROGBITS        80080000 004000 000010 00  WA  0   0  4
  [ 7] .bss.align        NOBITS          80080010 000000 000000 00  WA  0   0  1
  [ 8] .bss              NOBITS          80080010 004010 0040c0 00  WA  0   0 16    ★4bytes alignになっている
  [ 9] .stack            NOBITS          800840d0 0040d0 00012c 00  WA  0   0  1


★.data.alignにALIGN(2048) と書いたとき

ection Headers:
  [Nr] Name              Type            Addr     Off    Size   ES Flg Lk Inf Al
  [ 0]                   NULL            00000000 000000 000000 00      0   0  0
  [ 1] .init             PROGBITS        80000000 001000 000068 00  AX  0   0  1
  [ 2] .text             PROGBITS        80000100 001100 002b2c 00  AX  0   0 256
  [ 3] .rodata.align     PROGBITS        80002c2c 004010 000000 00  WA  0   0  1
  [ 4] .rodata           PROGBITS        80002c2c 003c2c 00017c 00   A  0   0  4
  [ 5] .data.align       PROGBITS        80080000 004010 000000 00  WA  0   0  1
  [ 6] .data             PROGBITS        80080000 004000 000010 00  WA  0   0  4
  [ 7] .bss.align        NOBITS          80080010 004010 0007f0 00  WA  0   0  1
  [ 8] .bss              NOBITS          80080800 004800 0040c0 00  WA  0   0 16    ★2KB alignになっている
  [ 9] .stack            NOBITS          800848c0 0048c0 00012c 00  WA  0   0  1

ALIGN(4) をALIGN(2048) など、大きめの値に変えたときの様子を載せました。変なセクション .*.alignがアドレスのアラインメントをしている様子が nmでもreadelfでもわかりやすいですよね？だめ？上記は .bssの例ですが、他のセクションでも同様です。

ブートコード

ブートコードはアセンブラで書く必要があります。

// freertos/FreeRTOS/Demo/RISC-V-Qemu-virt_GCC/start.S

#include "riscv-reg.h"

#if __riscv_xlen == 32
#define REGSIZE		4
#define LOAD		lw
#define STOR		sw
#elif __riscv_xlen == 64
#define REGSIZE		8
#define LOAD		ld
#define STOR		sd
#endif /* __riscv_xlen */

	.section .init
	.globl _start
	.type _start,@function
_start:
	.cfi_startproc
	.cfi_undefined ra
.option push
.option norelax
	la gp, __global_pointer$
.option pop

	la sp, _stack0_top

	# Load data section
	la a0, _data_lma
	la a1, _data
	la a2, _edata
	bgeu a1, a2, 2f
1:
	LOAD t0, (a0)
	STOR t0, (a1)
	addi a0, a0, REGSIZE
	addi a1, a1, REGSIZE
	bltu a1, a2, 1b
2:

	# Clear bss section
	la a0, _bss
	la a1, _ebss
	bgeu a0, a1, 2f
1:
	STOR zero, (a0)
	addi a0, a0, REGSIZE
	bltu a0, a1, 1b
2:

	/* argc, argv, envp is 0 */
	li a0, 0
	li a1, 0
	li a2, 0
	j main
	.cfi_endproc

実装は非常に単純です。.dataをROM領域からRAM領域にコピーし、.bssを0クリアしてmain() に飛ぶだけです。

以上の実装でビルドして（makeするだけ）、動かします。

$ qemu-system-riscv32 -nographic -machine virt -net none -chardev stdio,id=con,mux=on -serial chardev:con -mon chardev=con,mode=readline -bios none -kernel a.out

Hello FreeRTOS!
Blink

Blink

Blink

...

動きましたね。良かった良かった。 改行が余計に入っちゃってるのが気になる場合はmain.cの "Blink\r\n" を "Blink\n" にすると治ります。

FreeRTOS - まとめリンク

目次: FreeRTOS

一覧が欲しくなったので作りました。

• FreeRTOSで遊ぼう その1 - FreeRTOS入門
• FreeRTOSで遊ぼう その2 - FreeRTOSをvirtに移植（ドライバ準備編）
• FreeRTOSで遊ぼう その3 - FreeRTOSをvirtに移植（ブート編）
• FreeRTOSで遊ぼう その4 - FreeRTOSのパッチ投稿
• FreeRTOSで遊ぼう その5 - FreeRTOSのパッチ投稿の経過
• FreeRTOSで遊ぼう その6 - FreeRTOSのパッチがマージされた

MATLABのインストール

自動車業界（だけじゃないですが）で重宝されているMATLABを家で使えることになったので、インストールしてみました。

ダウンロードは Mathworksのサイトからできますが、たぶん会社や学校からもらえるアカウント、アクティベーション番号が必要です。MATLABは個人でも買えますがメチャクチャ値段が高く、私は買う気は起きません……。

MATLABはDebian 9, Debian 10には対応しています（System Requirements for MATLAB R2020a - MATLAB & Simulink）が、Debian Testingには対応していません。インストーラを起動した瞬間にクラッシュします。

$ cd matlab_archive
$ unzip matlab_R2020a_glnxa64.zip

$ ./install

terminate called after throwing an instance of 'std::runtime_error'
  what():  Unable to launch the MATLABWindow application
Aborted

ありがたいことに、Linux向けのMATLABインストーラは通常版とlegacy版が同梱されています。

$ cd matlab_archive
$ unzip matlab_R2020a_glnxa64.zip

$ bin/glnxa64/install_unix_legacy

推奨された使い方ではないと思いますがlegacy版ならばインストーラが動きます。質問にはハイハイ答えておけば、そんなに問題ないはずです。

起動するとき

MATLABを起動するときに変なエラーが出ます。

$ matlab

MATLAB is selecting SOFTWARE OPENGL rendering.
matlab_install_dir/bin/glnxa64/jcef_helper: symbol lookup error: /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libpango-1.0.so.0: undefined symbol: g_ptr_array_copy

このエラーはMATLABの動的ライブラリの構成がおかしいことが原因です。libglib-2.0.soをMATLAB内部に抱えているのですが、libpango-1.0.soはシステム側を使うため、バージョンの非互換が発生します。libpango-1.0.soも内部に抱えれば良いのに？？何だか中途半端な作りですね。

$ ldd bin/glnxa64/jcef_helper | grep glib

libglib-2.0.so.0 => matlab_install_dir/bin/glnxa64/../../cefclient/sys/os/glnxa64/libglib-2.0.so.0 (0x00007f43ac828000)

★MATLAB内部に抱えているライブラリをダイナミックリンクする


$ cd matlab_install_dir/cefclient/sys/os/glnxa64
$ mv libglib-2.0.so _libglib-2.0.so
$ mv libglib-2.0.so.0 _libglib-2.0.so.0
$ mv libglib-2.0.so.0.5600.1 _libglib-2.0.so.0.5600.1

$ ldd bin/glnxa64/jcef_helper | grep glib

libglib-2.0.so.0 => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libglib-2.0.so.0 (0x00007f10b2e6d000)

★システム側のライブラリをダイナミックリンクする

MATLABの内部で抱えているlibglib-2.0.soを無視して、システム側のlibglib-2.0.soをダイナミックリンクすればエラーは出ません。これも推奨された使い方ではないと思いますが、とりあえず動いたのでめでたしめでたし。

FreeRTOSで遊ぼう その4 - FreeRTOSのパッチ投稿

目次: FreeRTOS

FreeRTOSにRISC-V QEMU virtpcのパッチをぶん投げてみました。やり方はGitHubでプルリクエストを送れば良いみたいです（説明へのリンク（FreeRTOS/CONTRIBUTING.md））。

FreeRTOSには既にQMEUのプロジェクトはある（SiFive HiFive1エミュレーション環境向けのEclipseプロジェクトがある）から要らないよ！？と言われることが目に浮かびますが、それならそれで良し。今後なにかの役に立つでしょう。

FreeRTOSはインデントやコード記法が非常に特徴的で、とても書きにくかったです。

• 関数名、変数名はハンガリアン記法
• 変数宣言だけなぜか字下げなし
• キャメルケース
• Tabを使う（タブ幅は4）
• カッコ前後にはスペースを入れる
• 中カッコは次の行

void vFunc( int aaa )
{
int xBbb;

    if( aaa )
    {
        /* do something */
        xBbb = 0;
    }
}

クセが強すぎる。何でこんな記法にしたのやら……？？

メモ: 技術系？の話はFacebookから転記しておくことにした。色々と加筆。

Arm買収

NVIDIAがArm全株式買収、ソフトバンクGから最大400億ドルで - ケータイWatch を読んで。

NVIDIAがArm買収です。買収額の2/3は株式交換で、ソフトバンクはNVIDIAの大株主になります。買収が成立すれば、ソフトバンクは1兆円超の利益を得ます。

ArmがNVIDIA配下となれば、NVIDIAと思い切り食い合う、Ethos（エッジAIプロセッサ）とMali（モバイル向けGPU）はゴミ箱行きですかね？ディスコンにしなくても、まともに開発しなくなりそうです。

さらにNVIDIAはNVIDIA GPUをライセンスするメリットがない（自分で作れる）ので、組み込み業界はImagination PowerVRとArm Maliという2大モバイルGPU IPを揃って失ってしまう悲しい未来になりそうです。

他陣営（RISC-Vとか）はまともなGPU IPがありませんし、Armがどんな地獄になろうとも、グラフィック必須のスマホ系SoCベンダーに逃げ場はなく、Armで作り続けるしかありません。

Armの築いたエコシステムがArmごとひっくり返されるとは思いませんでしたね。耐震構造のビルを建てていたら、いきなり一面の海になるような……バグったゲームみたいですが、現実なんですよね。

中国はImaginationごとPowerVRを買ってるので、ArmもしくはRISC-V用にPowerVRを売り出す可能性はあります（もう売ってる？）けど、PowerVRって性能的に今の時代のGPUに追いついているんでしょうか？？

メモ: 技術系？の話はFacebookから転記しておくことにした。

Windows 10謎の高負荷

目次: Windows

今に始まったことではないのですが、Windows 10が突然高負荷に陥ってしまうことがあります。大抵Windows Updateが裏で動いているだけのことが多いですが、今日は様子が違ったのでメモしておきます。

Systemプロセスが高負荷

いつもと違う点、その1は、Systemプロセスが高負荷に陥っていることです。Windows Updateが裏で実行されている場合、マウスを動かしたりキーボードに触ったりすると負荷が下がります。今回はマウスを触っても負荷が下がりません。

1つのスレッドが高負荷

Process Explorerで見るとPsReturnProcessNonPagedPoolQuota() という関数がめちゃくちゃ頑張っていました。なんでしょうね？これ？

Zephyr SMP対応

目次: Zephyr

Zephyr RISC-V SMP対応にチャレンジしてます。

Zephyrは既に他のアーキテクチャでSMP対応されていますから、真似するだけの何がチャレンジなの？簡単でしょ？と思われるかもしれません。その考え方は間違ってないんですが、少なくとも私にとっては「余裕」と言えるほど簡単ではなさそうです。

RISC-V向けの実装はAArch32をパクっているようで「お前、シングルコアだろ？な？」的な実装がそこら中にあり、SMPを有効にした途端、猛烈にコンパイルエラーが出ます。

一個一個見てますが、先ほど、コンテキストスイッチから直さないとダメなことに気づきました。こりゃ先は長そうだ〜……。

読みが違う

Google翻訳で「October」を翻訳すると、正しい訳の「10月」が出てくるのですが、

Octoberの英→日訳

残念ながら読みが間違っていて「じゅうがつ」ではなく「じゅうつき」になっています。惜しい！

「コミュニティ確認済み」のバッジが付いていますが、読みはチェック漏れ？ですかねえ？日本語は同じ文字でも読みが違って難しいですね。

SHARPのマスク

今となっては、高級マスクになってしまったSHARP MA-1050が届きました。マスクはその辺で買えるので、もはやSHARPから購入する必要はないんですけど、まあ、一種の記念です。

SHARP MA-1050

参考までに、先日マツキヨで買った中国製のマスクは30枚入り1,000円程度で、1枚33円です。MA-1050は50枚入り2,980円（送料別）で、1枚60円ですから、かなり高級品の部類です。送料も含めると1枚80円近いです。

包装が綺麗すぎる

届いた箱を見たときに「異様に綺麗な段ボールだな……」って思いました。宛名シールも真っ直ぐはみ出ず貼ってあります。近所（千葉県）から送られていることも要因ですが、それにしても綺麗です。

段ボールがすごい綺麗

開けてさらにびっくりしたんですけど、段ボールとマスクの箱が全く同じ大きさでした。包装材は省けますけど、入れにくそうですね。

段ボールとマスクの箱の大きさがぴったり

DigiKeyくらいのマトモな海外セラーから買っても、段ボールなんて大抵ベコベコで汚ないし、宛名やインボイスも斜めに貼られてます。でも、中身が無事で、宛先に正しく届けば良いんですよ。段ボールは包装材なんですから。それ以上こだわる意味がありません。

日本人はどうでも良いところにこだわりすぎで、コスト高になってるんじゃないの……？？なんてことを段ボールを片付けながら思いました。

ヘッドフォンが壊れた

以前（2012年11月8日の日記参照）買ったヘッドフォン（audio-technica ATH-TAD500）が壊れました。

イヤーパッドは無事ですが、ヘッドバンドの合皮部分が破れて、内部のプラスチックの芯が見えています。まさかイヤーパッドより先にヘッドバンドが壊れるとは思わなんだ。

8年もの長きにわたって頑張ってくれて本当にありがたかったです。とても良い製品でした。

ヘッドフォン探し

家や会社でいくつかヘッドフォンを使ってきてわかりましたが、長時間の使用において楽なのは圧倒的に「イヤーパッドが布地」のヘッドフォンです。合皮的な材質は汗で肌にくっついて嫌なのと、傷んでくるとバリバリ剥がれてきて不快です。

今使っているヘッドフォンの後継者としてはaudio-technica ATH-AD500X ですかね。上位グレードのATH-AD700X, ATH-AD900Xも布地のイヤーパッドで良さそうです。

しかし形が今使っているヘッドフォンとかなり似ているため、おそらく耳が痛くなる欠点も共通だろうと思われます。耳が痛いのは何とかしたいため、他社でも探すことにしました。

オーディオの世界は上を見るとキリがないですけど、10万とかするヘッドフォンは検討しません。違いが全くわからん。

新しいヘッドフォン

SENNHEISER HD 599を買いました。Amazonで22,000円くらいでした。以前購入（2020年8月1日の日記参照）したSONY MDR-HW700DSもそうでしたけど、購入に勇気が要るお値段です。

付け心地はとても軽く、耳も痛くなりません。耳が痛いのは辛かったので、非常にありがたいです。あと、色が良いですね。ヘッドフォンはたいてい真っ黒けですけど、HD 599は白と茶という面白い色です。

SENNHEISER HD 599

難点は長時間使っていると頭のてっぺんが痛くなることです。ヘッドバンドは柔らかいクッションが入っていますが、カーブが自分の頭の形と合わないようです。

耳の問題が解決したと思ったら、今度は頭が痛くなるとは……想定外でした。うーん。

音質

正直、音質は良いね！ってくらいしかわからんですが、ドスドスした低音や、キンキンした高音は目立たず、フラットな印象です。

キンキンした音は断然Superlux HD681B（2019年8月25日の日記参照）の方が強いですし、低音はaudio-technica ATH-TAD500の方がやや強いです。

鳴らないわけじゃなくて、目立たないバランスになっているだけなので、気に入らないならイコライザでいじれば好きなテイストにできます。能力は高いからカスタマイズ自由って感じですね。

今Steamで3DMarkが安い

目次: ゲーム

Steamのセールで3DMarkが意味不明なほど安くなっていたので、買いました。Steamは突然90％OFFとか平然とやってくるので、定価とは……？？という気分になります。

3DMarkセール中＠Steam

新しいマシンを買う（もしくはパーツを買う）時に役に立ちそうです。

Zephyr OSで遊ぼう その12 - SMP対応の準備、コンテキストスイッチのコンフィグ

目次: Zephyr

以前（2020年2月21日の日記参照）ご紹介したとおり、ZephyrのRISC-V向け実装はSMPに対応していません。Zephyrのマルチコア対応を有効にするコンフィグはCONFIG_SMPですが、有効にすると大量のエラーが出て、何から直したら良いのかわからなくなります。

コンフィグや実装を見た限りでは、下記の4つのステップで対応していくと良さそうです。

• （今ここ）SMPの前提条件、新しいコンテキストスイッチ方式に対応する（CONFIG_USE_SWITCH, CONFIG_USE_SWITCH_SUPPORTED）
• SMPに対応する（CONFIG_SMP）、ただしCPUコア数は1
• 先頭ではないコア（mhartid != 0）で動作させる、ただしCPUコア数は1
• CPUコア数を1以上にする（CONFIG_SMP）

このコンフィグを有効にすその前に対応すべきコンフィグがあります。CONFIG_USE_SWITCHとCONFIG_USE_SWITCH_SUPPORTEDです。

// zephyr/kernel/Kconfig

config USE_SWITCH
	bool "Use new-style _arch_switch instead of arch_swap"
	depends on USE_SWITCH_SUPPORTED

...

config SMP
	bool "Enable symmetric multithreading support"
	depends on USE_SWITCH

既存の各アーキテクチャの対応状況を見ると、

// ARM
// Aarch32はUSE_SWITCHは未サポート
// AArch64はCortex-AのみUSE_SWITCHをサポート

// zephyr/arch/arm/core/aarch64/Kconfig

config CPU_CORTEX_A
	bool
	select CPU_CORTEX
	select HAS_FLASH_LOAD_OFFSET
	select USE_SWITCH
	select USE_SWITCH_SUPPORTED


// ARC
// ARCV2はUSE_SWITCHをサポート

// zephyr/arch/arc/Kconfig

config CPU_ARCV2
	bool
	select ARCH_HAS_STACK_PROTECTION if ARC_HAS_STACK_CHECKING || ARC_MPU
	select ARCH_HAS_USERSPACE if ARC_MPU
	select USE_SWITCH
	select USE_SWITCH_SUPPORTED
	default y

他は載せませんがAArch64, ARC, x86_64, xtensaが対応しているようです。

Zephyrのコンテキストスイッチ

Zephyrにはコンテキストスイッチが2種類存在しています。違いは下記の通りです。

• arch_swap: シングルコア専用のコンテキストスイッチ、RISC-Vは対応済み
• arch_switch: SMPに対応したコンテキストスイッチ、シングルコアだと若干効率が悪い、RISC-Vは未対応

CONFIG_USE_SWITCH_SUPPORTEDを有効にするにはarch_switchを実装する必要がありますが、RISC-Vではシングルコアもマルチコアもあり得ますから、CONFIG_USE_SWITCHを無条件に有効にするのは得策ではないと考えられます。

SoC側のKconfigで有効にしても良いですし、ユーザーにmenuconfigから選んでもらう手もあります。あまり悩んでも仕方ないので、ユーザーが選べるようにして先に進めます。RISC-VのKconfigにSMP対応かどうか？を選べるコンフィグを一つ追加します。

// zephyr/arch/riscv/Kconfig

config RISCV_SMP
	bool "Does SOC has SMP"
	select USE_SWITCH
	select USE_SWITCH_SUPPORTED

有効にするとビルドエラーだらけになります。続きはまた今度。

Zephyr OSで遊ぼう その13 - SMP対応の準備、コンテキストスイッチの実装、前編、ラッパー関数まで実装

目次: Zephyr

CONFIG_USE_SWITCHを有効にするとビルドエラーが発生しますので、都度対処します。

arch_thread_return_value_set()

最初はarch_thread_return_value_set() が二重定義だと怒られます。

../kernel/include/kernel_internal.h: At top level:
../kernel/include/kernel_internal.h:84:1: error: redefinition of 'arch_thread_return_value_set'
 arch_thread_return_value_set(struct k_thread *thread, unsigned int value)
 ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

USE_SWITCHを有効にした場合、arch_thread_return_value_set() はカーネル側で定義されるので、アーキテクチャ側では実装不要です。

// zephyr/arch/riscv/include/kernel_arch_func.h

static ALWAYS_INLINE void
arch_thread_return_value_set(struct k_thread *thread, unsigned int value)
{
	thread->arch.swap_return_value = value;
}


// zephyr/include/arch/riscv/thread.h

struct _thread_arch {
	uint32_t swap_return_value; /* Return value of z_swap() */
};


// zephyr/arch/riscv/core/offsets/offsets.c

GEN_OFFSET_SYM(_thread_arch_t, swap_return_value);

この辺りは要らないので #ifndef CONFIG_USE_SWITCHで囲って無効化します。

arch_switch

次はarch_switch() が未定義だと言われます。

../kernel/include/kernel_arch_interface.h:126:20: warning: 'arch_switch' declared 'static' but never defined [-Wunused-function]
 static inline void arch_switch(void *switch_to, void **switched_from);
                    ^~~~~~~~~~~

この関数がUSE_SWITCHの本体です。他のアーキテクチャを見ると、arch_switch() はラッパー関数で、本体はアセンブラで書かれていることが多いようです。他の流儀に習っておきます。

// arch/riscv/include/kernel_arch_func.h

#ifdef CONFIG_USE_SWITCH
extern void z_riscv_switch(void *switch_to, void **switched_from);

static inline void arch_switch(void *switch_to, void **switched_from)
{
	z_riscv_switch(switch_to, switched_from);
}
#else

...

肝心の中身はまた今度実装します。

Zephyr OSで遊ぼう その14 - SMP対応の準備、コンテキストスイッチの実装、中編1、既存実装調査

目次: Zephyr

前回は、新しい形式のコンテキストスイッチ関数arch_switch() のラッパー関数まで実装しました。RISC-V向け実装をする前に、既に新しいコンテキストスイッチ関数に対応しているAArch64の実装を調べます。

共通部分からアーキ依存部分

コンテキストスイッチ処理の共通部分（do_swap()）から、アーキテクチャ依存部分（AArch64のarch_switch()）に至るまでを見ます。

// zephyr/kernel/include/kswap.h

/* New style context switching.  arch_switch() is a lower level
 * primitive that doesn't know about the scheduler or return value.
 * Needed for SMP, where the scheduler requires spinlocking that we
 * don't want to have to do in per-architecture assembly.
 *
 * Note that is_spinlock is a compile-time construct which will be
 * optimized out when this function is expanded.
 */
static ALWAYS_INLINE unsigned int do_swap(unsigned int key,
					  struct k_spinlock *lock,
					  int is_spinlock)
{

...

	if (new_thread != old_thread) {
#ifdef CONFIG_TIMESLICING
		z_reset_time_slice();
#endif

		old_thread->swap_retval = -EAGAIN;

#ifdef CONFIG_SMP
		_current_cpu->swap_ok = 0;

		new_thread->base.cpu = arch_curr_cpu()->id;

		if (!is_spinlock) {
			z_smp_release_global_lock(new_thread);
		}
#endif
		sys_trace_thread_switched_out();
		_current_cpu->current = new_thread;
		wait_for_switch(new_thread);
		arch_switch(new_thread->switch_handle,
			     &old_thread->switch_handle);    //★コンテキストスイッチ★

	}

...

前々回に紹介した新しいコンテキストスイッチの方式（arch_switch()）を使っていることがわかります。

// zephyr/arch/arm/include/aarch64/arch_func.h

static inline void arch_switch(void *switch_to, void **switched_from)
{
	z_arm64_call_svc(switch_to, switched_from);    //★アセンブラ実装へ★

	return;
}


// zephyr/arch/arm/core/aarch64/switch.S

GTEXT(z_arm64_call_svc)
SECTION_FUNC(TEXT, z_arm64_call_svc)
	svc	#_SVC_CALL_CONTEXT_SWITCH    //★スーパーバイザーコール命令★
	ret

アセンブラ側の実装では、いきなりスーパーバイザーコール命令（svc命令）をぶっ放して、スーパーバイザーコール例外を起こすだけになっています。AArch64は例外ハンドラ内でコンテキストスイッチを行う仕組みのようです。

arch_switch() の引数

関数arch_switch() はスレッドを2つ受け取ります。old_threadは切り替え元のスレッド、new_threadは切り替え先のスレッドです。old_thread -> new_threadにコンテキストスイッチするわけです。ただし直接スレッド構造体を受け取るわけではなく、若干クセのある渡し方をします。

第1引数new_thread->switch_handle（void * 型）は切り替え先のスレッド構造体へのポインタ（struct k_thread * 型）new_threadが入っています。このポインタをキャストするとnew_threadが求められます。

実はここには罠があり、何も実装せずにいるとnew_thread->switch_handleにはNULLが入ります。すると、あとでCONFIG_SMPを有効にした段階でwait_for_switch() 関数にてハングアップします。こんなのパッと見ではわかりません……。

// zephyr/kernel/include/kswap.h

/* New style context switching.  arch_switch() is a lower level
 * primitive that doesn't know about the scheduler or return value.
 * Needed for SMP, where the scheduler requires spinlocking that we
 * don't want to have to do in per-architecture assembly.
 *
 * Note that is_spinlock is a compile-time construct which will be
 * optimized out when this function is expanded.
 */
static ALWAYS_INLINE unsigned int do_swap(unsigned int key,
					  struct k_spinlock *lock,
					  int is_spinlock)
{

...

	if (new_thread != old_thread) {

...

		sys_trace_thread_switched_out();
		_current_cpu->current = new_thread;
		wait_for_switch(new_thread);    //★これ★
		arch_switch(new_thread->switch_handle,
			     &old_thread->switch_handle);

	}

	if (is_spinlock) {
		arch_irq_unlock(key);
	} else {
		irq_unlock(key);
	}

	return _current->swap_retval;
}


/* There is an unavoidable SMP race when threads swap -- their thread
 * record is in the queue (and visible to other CPUs) before
 * arch_switch() finishes saving state.  We must spin for the switch
 * handle before entering a new thread.  See docs on arch_switch().
 *
 * Note: future SMP architectures may need a fence/barrier or cache
 * invalidation here.  Current ones don't, and sadly Zephyr doesn't
 * have a framework for that yet.
 */
static inline void wait_for_switch(struct k_thread *thread)
{
#ifdef CONFIG_SMP
	volatile void **shp = (void *)&thread->switch_handle;

	while (*shp == NULL) {    //★CONFIG_SMP有効でnew_thread->switch_handleがNULLだとこのループでハング★
		k_busy_wait(1);
	}
#endif
}

AArch64向けのスレッド作成する関数を良く見ると、しれっとswitch_handleを初期化しています。この処理はRISC-V向けには存在しないため、追加する必要がありそうです。

// zephyr/arch/arm/core/aarch64/thread.c

/*
 * An initial context, to be "restored" by z_arm64_context_switch(), is put at
 * the other end of the stack, and thus reusable by the stack when not needed
 * anymore.
 */
void arch_new_thread(struct k_thread *thread, k_thread_stack_t *stack,
		     char *stack_ptr, k_thread_entry_t entry,
		     void *p1, void *p2, void *p3)
{

...

	/*
	 * We are saving:
	 *
	 * - SP: to pop out entry and parameters when going through
	 *   z_thread_entry_wrapper().
	 * - x30: to be used by ret in z_arm64_context_switch() when the new
	 *   task is first scheduled.
	 */

	thread->callee_saved.sp = (uint64_t)pInitCtx;
	thread->callee_saved.x30 = (uint64_t)z_thread_entry_wrapper;

	thread->switch_handle = thread;    //★ここで初期化している★
}

関数arch_switch() の第2引数 &old_thread->switch_handle（void ** 型）は切り替え元のスレッド構造体のswitch_handleのポインタです。switch_handleの値（たいていNULL）自体には意味がなくて、このポインタからold_threadが計算できることが大事です。

長くなってきたので続きは次回。