コグノスケ

Zephyrのエントリアドレス

目次: Zephyr

Zephyrをqemu_riscv32ボード向けにコンフィグし、ビルドディレクトリ下でninja runを実行すると、最終的に下記のコマンドが実行され、QMEUが起動します。

$ /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 zephyr/build/zephyr/zephyr.elf -s -S

GDBで追うとわかりますが、QEMUの実行開始アドレスは0x1000です。0x1000には0x20400000にジャンプするコードだけが置かれています。

   0x1000:      lui     t0,0x20400
=> 0x1004:      jr      t0
   0x1008:      unimp
   0x100a:      unimp

HiFive1実機であれば0x20400000はQSPI Flashがマッピングされているアドレスです（SiFive FE310-G000 Manual v2p3を参照）。QEMUの場合はELFファイルbuild/zephyr/zephyr.elfのセクション情報通りに配置されます。

$ riscv64-zephyr-elf-readelf -a build/zephyr/zephyr.elf  | less

...

Section Headers:
  [Nr] Name              Type            Addr     Off    Size   ES Flg Lk Inf Al
  [ 0]                   NULL            00000000 000000 000000 00      0   0  0
  [ 1] vector            PROGBITS        20400000 000094 000010 00  AX  0   0  4
  [ 2] exceptions        PROGBITS        20400010 0000a4 000258 00  AX  0   0  4
  [ 3] text              PROGBITS        20400268 0002fc 002ad4 00  AX  0   0  4
  [ 4] sw_isr_table      PROGBITS        20402d3c 002dd0 000200 00  WA  0   0  4
  [ 5] devconfig         PROGBITS        20402f3c 002fd0 000060 00   A  0   0  4
  [ 6] rodata            PROGBITS        20402f9c 003030 000215 00   A  0   0  4
  [ 7] datas             PROGBITS        80000000 003248 000018 00  WA  0   0  4
  [ 8] initlevel         PROGBITS        80000018 003260 000060 00  WA  0   0  4
  [ 9] _k_mutex_area     PROGBITS        80000078 0032c0 000014 00  WA  0   0  4
  [10] bss               NOBITS          80000090 0032e0 00013c 00  WA  0   0  8
  [11] noinit            NOBITS          800001d0 0032e0 000e00 00  WA  0   0 16

...

ジャンプ先の0x20400000にはvectorというセクションが対応していることがわかります。ELFファイルを逆アセンブルしてみると、

zephyr/zephyr.elf:     file format elf32-littleriscv


Disassembly of section vector:

20400000 <__start>:

        /*
         * Set mtvec (Machine Trap-Vector Base-Address Register)
         * to __irq_wrapper.
         */
        la t0, __irq_wrapper
20400000:       00000297                auipc   t0,0x0
20400004:       01028293                addi    t0,t0,16 # 20400010 <__irq_wrapper>
        csrw mtvec, t0
20400008:       30529073                csrw    mtvec,t0

        /* Jump to __initialize */
        tail __initialize
2040000c:       4b40106f                j       204014c0 <__initialize>

以上のように __startという関数が居るようです。実装はzephyr/soc/riscv/riscv-privilege/common/vector.Sにあります。

Zephyrとデバイスツリー

このエントリポイントアドレスはどのように決まるのでしょう？Zephyrでは、ボード用のデバイスツリーzephyr/boards/riscv/qemu_riscv32/qemu_riscv32.dtsにあるFlashの先頭アドレスを変えるとELFのエントリポイント（0x20400000）も追従します。

        chosen {
                zephyr,console = &uart0;
                zephyr,shell-uart = &uart0;
                zephyr,sram = &dtim;
                zephyr,flash = &flash0;
        };

このchosen以下を検知しているようです。スクリプトscripts/dts/gen_defines.pyを見ると、SPIのときだけ特殊処理になっていて、それ以外はregの値を先頭アドレスとみなしています。

# zephyr/scripts/dts/gen_defines.py

...

def write_flash_node(edt):
    # Writes output for the top-level flash node pointed at by
    # zephyr,flash in /chosen

    node = edt.chosen_node("zephyr,flash")

    out_comment(f"/chosen/zephyr,flash ({node.path if node else 'missing'})")

    if not node:
        # No flash node. Write dummy values.
        out("FLASH_BASE_ADDRESS", 0)
        out("FLASH_SIZE", 0)
        return

    if len(node.regs) != 1:
        err("expected zephyr,flash to have a single register, has "
            f"{len(node.regs)}")

    if node.on_bus == "spi" and len(node.bus_node.regs) == 2:
        reg = node.bus_node.regs[1]  # QSPI flash
    else:
        reg = node.regs[0]

    out("FLASH_BASE_ADDRESS", hex(reg.addr))
    if reg.size:
        out("FLASH_SIZE", reg.size//1024)

...

FlashのアドレスはDT_FLASH_BASE_ADDRESSというマクロで参照できます。エントリーポイントを最終的に決めるのはリンカースクリプトです。SoCで独自のリンカースクリプトを実装することもできるようになっていますが、RISC-Vの多くのSoCは、下記のスクリプトを使っています。

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

MEMORY
{
#ifdef CONFIG_XIP
    ROM (rx)  : ORIGIN = DT_FLASH_BASE_ADDRESS, LENGTH = KB(DT_FLASH_SIZE)
#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
}

Zephyrのエントリポイントがどうやって決まるのか、少しわかった気がします。