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Zephyr OSで遊ぼう その4 - 独自のSoC定義

目次: Zephyr

Hogeボードの定義を一通り実装しました。HogeボードのSoCはqemu_riscv32と同じSiFive FE310にしたことを覚えているでしょうか？Zephyrの移植に興味のある方からすると「ボード名を変えただけで、qemu_riscv32のコピーでは？」と感じるはずです。そんな悲しみの声にお答えすべく、次はSoCの変更を行います。

今回、ターゲットとするSoCはQEMUのSpikeモードです。このモードは、特別なハードウェアが必要なく手軽、偶然にも現状のZephyrが対応していない、簡単なドライバの実装が1つだけ必要、など学習にピッタリです。

Spikeはシミュレータのみで、物理的に存在するSoCではありません。ですが名前がないと説明しづらいので、以降の説明ではSpike SoCと呼びます。

RISC-V SoCディレクトリの構造とSpike SoCの定義場所

将来複雑になるかもしれませんが、今は簡単な構造です。zephyr/soc/riscvの下にSoCが定義されており、litex-vexriscv（LiteX VexRiscv）, openisa_rv32m1（OpenISA RV32M1）, riscv-privilege（RISC-V Priviledged Architecture対応SoC）の3つのディレクトリが存在しています。このうちriscv-privilegeは、さらに内部にいくつかのSoCの定義を抱えています。

SpikeはRISC-V Priviledgedに対応しているので、今回はriscv-privilegeシリーズの1つとして、新たなSoCを定義すると良さそうです。

ボードの定義を改造

Hogeボードの定義を見直してみると、Kconfig.boardに "depends on SOC_RISCV_SIFIVE_FREEDOM" の記述があり、hoge.dtsに #include <riscv32-fe310.dtsi> の記述があります。とりあえずこれを下記のように変更します。

diff --git a/boards/riscv/hoge/Kconfig.board b/boards/riscv/hoge/Kconfig.board
index 7ece0d6dee..c90614a391 100644
--- a/boards/riscv/hoge/Kconfig.board
+++ b/boards/riscv/hoge/Kconfig.board
@@ -2,4 +2,4 @@

 config BOARD_HOGE
        bool "Hoge target"
-       depends on SOC_RISCV_SIFIVE_FREEDOM
+       depends on SOC_RISCV_SPIKE


diff --git a/boards/riscv/hoge/hoge.dts b/boards/riscv/hoge/hoge.dts
index 21678f49ea..ee0c6589c4 100644
--- a/boards/riscv/hoge/hoge.dts
+++ b/boards/riscv/hoge/hoge.dts
@@ -2,7 +2,7 @@

 /dts-v1/;

-#include <riscv32-fe310.dtsi>
+#include <riscv32-spike.dtsi>

 / {
        model = "Hoge";

この状態でcmakeをやり直します。念のためbuildディレクトリのファイルを全て削除してから、実行したほうが良いでしょう。

$ cmake -G Ninja -DBOARD=hoge ../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 hoge
-- Loading zephyr/boards/riscv/hoge/hoge.dts as base
In file included from <command-line>:
zephyr/boards/riscv/hoge/hoge.dts:5:10: fatal error: riscv32-spike.dtsi: No such file or directory
 #include <riscv32-spike.dtsi>
          ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
compilation terminated.
CMake Error at zephyr/cmake/dts.cmake:140 (message):
  command failed with return code: 1
Call Stack (most recent call first):
  zephyr/cmake/app/boilerplate.cmake:460 (include)
  CMakeLists.txt:5 (include)


-- Configuring incomplete, errors occurred!

エラーをみるにriscv32-spike.dtsiがないと言って怒られているようですから、追加しましょう。

SoCのデバイスツリー

Zephyrのデバイスツリーはzephyr/dts以下にあります。今回はRISC-V一派のSoCを追加しますから、zephyr/dts/riscvの下にriscv32-spike.dtsiを作りましょう。

/* SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 */

/ {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        compatible = "spike-dev";
        model = "spike";
        soc {
                #address-cells = <1>;
                #size-cells = <1>;
                compatible = "spike-soc", "simple-bus";
                ranges;

                clint: clint@2000000 {
                        compatible = "riscv,clint0";
                        reg = <0x02000000 0x10000>;
                        reg-names = "control";
                };

                mem: mem@80000000 {
                        compatible = "spike,mem";
                        reg = <0x80000000 0x4000>;
                        reg-names = "mem";
                };

                uart0: serial {
                        compatible = "spike,uart-spike";
                        label = "uart_0";
                };
        };
};

最低限のデバイスだけ定義しています。

clint

割り込みコントローラ（Core Local Interruptor）です。タイマーのレジスタ（mtime, mtimecmp）を持っているコアです。

mem

SRAM領域です。QEMUは数百MBくらいメモリ領域があった気がしますが、そんなに要らないので16KBにしています。

uart0

シリアルデバイスです。実はこの名前は適切ではありません。Spikeは特殊なゲスト、ホスト間の通信により文字出力を実現していて、UARTハードウェアを模している訳ではないからです。レジスタ領域の定義が不要なのも、ハードウェアアクセスではないからです。

このファイルを加えてもまだcmakeに怒られます。Spike SoC用のデバイスツリーに出てこないノード（gpio, spiなど）を参照している箇所があるためです。ボード側の定義からばっさり削除します。

hoge.dtsのさらなる変更

diff --git a/boards/riscv/hoge/hoge.dts b/boards/riscv/hoge/hoge.dts
index 21678f49ea..e572d5a769 100644
--- a/boards/riscv/hoge/hoge.dts
+++ b/boards/riscv/hoge/hoge.dts
@@ -11,34 +11,10 @@
        chosen {
                zephyr,console = &uart0;
                zephyr,shell-uart = &uart0;
-               zephyr,sram = &dtim;
-               zephyr,flash = &flash0;
+               zephyr,sram = &mem;
        };
 };
 
-&gpio0 {
-       status = "okay";
-};
-
 &uart0 {
        status = "okay";
-       current-speed = <115200>;
-       clock-frequency = <16000000>;
-};
-
-&spi0 {
-       status = "okay";
-
-       #address-cells = <1>;
-       #size-cells = <0>;
-       reg = <0x10014000 0x1000 0x20400000 0xc00000>;
-       flash0: flash@0 {
-               compatible = "issi,is25lp128", "jedec,spi-nor";
-               size = <134217728>;
-               label = "FLASH0";
-               jedec-id = [96 60 18];
-               reg = <0>;
-               // Dummy entry
-               spi-max-frequency = <0>;
-       };
 };

これでもまだcmakeは通過できません。長くなってきましたので、続きはまた今度。