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Hello! Zephyr OS!! (RISC-V 32bit版)

目次: Zephyr

以前Zephyr OSを実行しました（2019年1月12日の日記参照）が、今回はRISC-V 32bit版で試してみようと思います。

この例ではbuildをビルドディレクトリとします。どこに置いても動くはずですが、私はとりあえずzephyrの下に置いています。

クロスコンパイラの準備

前回同様Zephyr SDKもしくはCrosstool-NGが使えます。参考までにCrosstool-NGのコンフィグを載せておきます。

crosstool-NG RISC-V版のビルド

$ ./ct-ng menuconfig

Target options  --->
  Target Architecture (riscv)  --->
  [*] Build a multilib toolchain (READ HELP!!!)
  Bitness: (64-bit)  --->
  (rv32ima) Architecture level
  (ilp32) Generate code for the specific ABI

Toolchain options  --->
  (zephyr) Tuple's vendor string

Debug facilities  --->
  [*] gdb  --->
    [*]     Build a static cross gdb

一見すると32bit CPUのコードをビルドする予定なのに、Bitness: 64bitにしており、不思議なコンフィグに見えるかもしれませんが、Zephyr OSのビルドはクセがあって、この設定が必要です。

Architecture level, Generate code for the specific ABIはGCCが生成するバイナリの命令セットを指定しており、それぞれ -march=rv32ima, -mabi=ilp32に対応します。特に何も指定しないとrv32gc, ilp32fになるようです。

ZephyrのCMakeスクリプト

zephyr/cmake/toolchain/xtools/target.cmake

set(CROSS_COMPILE_TARGET_riscv   riscv64-zephyr-elf)

set(CROSS_COMPILE_TARGET ${CROSS_COMPILE_TARGET_${ARCH}})

ZephyrのCMakefileを見るとわかるんですが、riscv64もriscv32も区別せず同じコンパイラでビルドし、しかもコンパイラ名は常にriscv64-zephyr-elf-gccだと思っています。したがって64bit版をビルドする必要があり、multilibを有効にしています。

（余談）riscv向けの -mabi, -marchオプションの値を決めているのはzephyr/cmake/compiler/gcc/target.cmakeで、rv32ima固定になっています。


-    list(APPEND TOOLCHAIN_C_FLAGS -mabi=ilp32 -march=rv32ima)
+    list(APPEND TOOLCHAIN_C_FLAGS -mabi=ilp32f -march=rv32gc)

上記のように変えると、Crosstool-NGでArchitecture level, Generate code for the specific ABIの設定をしなくても良くなりますが、動くかどうかは試していません。

ビルドの方法

実ボードを持っていないのでQEMUで試します。SiFive HiFive1をエミュレートしているそうです。

環境変数のセットアップとcmakeの実行

$ cat ~/.zephyrrc 

export ZEPHYR_TOOLCHAIN_VARIANT=xtools
export XTOOLS_TOOLCHAIN_PATH=/home/katsuhiro/x-tools

$ cd zephyr
$ source zephyr-env.sh

$ mkdir build
$ cd build

$ cmake -G Ninja -DBOARD=qemu_riscv32 ../samples/hello_world/

-- Zephyr version: 2.1.99
-- Found PythonInterp: /usr/bin/python3 (found suitable version "3.7.6", minimum required is "3.6")
-- Selected BOARD qemu_riscv32
-- Loading /home/katsuhiro/share/projects/oss/zephyr/boards/riscv/qemu_riscv32/qemu_riscv32.dts as base
Devicetree configuration written to /home/katsuhiro/share/projects/oss/zephyr/build/zephyr/include/generated/devicetree.conf
Parsing /home/katsuhiro/share/projects/oss/zephyr/Kconfig
Loaded configuration '/home/katsuhiro/share/projects/oss/zephyr/boards/riscv/qemu_riscv32/qemu_riscv32_defconfig'
Merged configuration '/home/katsuhiro/share/projects/oss/zephyr/samples/hello_world/prj.conf'
Configuration saved to '/home/katsuhiro/share/projects/oss/zephyr/build/zephyr/.config'
-- The C compiler identification is GNU 8.3.0
-- The CXX compiler identification is GNU 8.3.0
-- The ASM compiler identification is GNU
-- Found assembler: /home/katsuhiro/x-tools/riscv64-zephyr-elf/bin/riscv64-zephyr-elf-gcc
-- Cache files will be written to: /home/katsuhiro/.cache/zephyr
-- Configuring done
-- Generating done
-- Build files have been written to: /home/katsuhiro/share/projects/oss/zephyr/build

実行するときはninja runで良いんですが、前回同様にninjaが何を起動しているか調べてみます。

Zephyr OS実行

$ /usr/bin/qemu-system-riscv32 -nographic -machine sifive_e -net none -chardev stdio,id=con,mux=on -serial chardev:con -mon chardev=con,mode=readline -kernel /home/katsuhiro/share/projects/oss/zephyr/build/zephyr/zephyr.elf -s -S

(gdbからcontinueをすると、下記が出力される)

*** Booting Zephyr OS build zephyr-v2.1.0-1471-g7e7a4426d835  ***
Hello World! qemu_riscv32

オプション -sはGDBの接続をlocalhost:1234で受け付けます、という意味です。オプション -SはエミュレータをHalted状態で起動します。もしGDBをつなぐ必要がなければ -sや -Sを削って起動してください。

GDB接続

$ riscv64-zephyr-elf-gdb

GNU gdb (crosstool-NG 1.24.0.60-a152d61) 8.3.1
Copyright (C) 2019 Free Software Foundation, Inc.

...

(gdb) set arch riscv:rv32
The target architecture is assumed to be riscv:rv32

(gdb) target remote localhost:1234

Remote debugging using localhost:1234
warning: No executable has been specified and target does not support
determining executable automatically.  Try using the "file" command.
0x00001000 in ?? ()

(gdb) continue

Continuing.

実行できました。おなじみのHello World! です。

編集者:すずき(2023/09/24 12:01)