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Zephyr OS で遊ぼう その 6 - 独自の SoC 定義でビルド

やっと cmake を通過したので、いよいよビルドに挑みます。

最初の ninja 実行結果
In file included from ../include/arch/cpu.h:25,
                 from ../include/kernel_includes.h:34,
                 from ../include/kernel.h:17,
                 from zephyr/arch/riscv/core/offsets/offsets.c:16:
../include/arch/riscv/arch.h:25:10: fatal error: soc.h: No such file or directory
 #include <soc.h>
          ^~~~~~~
compilation terminated.
ninja: build stopped: subcommand failed.

他の soc.h を見ると、soc_common.h, devicetree.h というヘッダをインクルードしているようです。それに習っておきます。

zephyr/soc/riscv/riscv-privilege/spike/soc.h

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

/**
 * @file SoC configuration macros for the Spike series processor
 */

#ifndef __RISCV_SPIKE_SOC_H_
#define __RISCV_SPIKE_SOC_H_

#include <soc_common.h>
#include <devicetree.h>

#endif /* __RISCV_SPIKE_SOC_H_ */

再びビルドすると、今度は PLIC_* がないと怒られます。

soc.h 追加後の ninja 実行結果
zephyr/drivers/interrupt_controller/intc_plic.c: In function 'riscv_plic_irq_enable':
zephyr/drivers/interrupt_controller/intc_plic.c:45:41: error: 'DT_PLIC_IRQ_EN' undeclared (first use in this function); did you mean 'PLIC_IRQS'?
  volatile u32_t *en = (volatile u32_t *)DT_PLIC_IRQ_EN;
                                         ^~~~~~~~~~~~~~
                                         PLIC_IRQS

RISC-V Privileged 系の SoC では PLIC という割り込みコントローラのドライバが自動的に有効になります。今回、動作させるに当たって PLIC のサポートは不要なので、zephyr/boards/riscv/hoge/hoge_defconfig で無効にします。具体的には CONFIG_PLIC=n を足します。

この後 cmake からやり直してみると、

soc.h 追加後の ninja 実行結果
zephyr/drivers/timer/riscv_machine_timer.c: In function 'set_mtimecmp':
zephyr/drivers/timer/riscv_machine_timer.c:28:31: error: 'RISCV_MTIMECMP_BASE' undeclared (first use in this function)
  volatile u32_t *r = (u32_t *)RISCV_MTIMECMP_BASE;
                               ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~
zephyr/drivers/timer/riscv_machine_timer.c:28:31: note: each undeclared identifier is reported only once for each function it appears in
zephyr/drivers/timer/riscv_machine_timer.c: In function 'mtime':
zephyr/drivers/timer/riscv_machine_timer.c:47:31: error: 'RISCV_MTIME_BASE' undeclared (first use in this function)
  volatile u32_t *r = (u32_t *)RISCV_MTIME_BASE;
                               ^~~~~~~~~~~~~~~~
[87/94] Linking C static library zephyr/kernel/libkernel.a
ninja: build stopped: subcommand failed.

CLINT のレジスタ mtime, mtimecmp のアドレスを必要としているようです。

CLINT のレジスタはどこに?

他の SoC を眺めてみると、CLINT のレジスタアドレスを定義する場所は soc.h のようです。しかし肝心のアドレスがわかりません。QEMU のドキュメントに載っていれば簡単でしたが、見当たらなかったので QEMU のソースコードを見ます。

QEMU の Spike, CLINT 関連のソースコード

// https://github.com/qemu/qemu/blob/master/hw/riscv/spike.c

static const struct MemmapEntry {
    hwaddr base;
    hwaddr size;
} spike_memmap[] = {
    [SPIKE_MROM] =     {     0x1000,    0x11000 },
    [SPIKE_CLINT] =    {  0x2000000,    0x10000 },
    [SPIKE_DRAM] =     { 0x80000000,        0x0 },
};


// https://github.com/qemu/qemu/blob/master/include/hw/riscv/sifive_clint.h

enum {
    SIFIVE_SIP_BASE     = 0x0,
    SIFIVE_TIMECMP_BASE = 0x4000,
    SIFIVE_TIME_BASE    = 0xBFF8
};

ベースアドレスが 0x02000000 で、レジスタのオフセットアドレスもわかりました。soc.h に追記します。
(2/19 訂正: MTIMECMP_BASE と MTIME_BASE のアドレスが逆だったので、修正しました)

zephyr/soc/riscv/riscv-privilege/spike/soc.h に追記する内容

/* Timer configuration */
#define RISCV_MTIMECMP_BASE          0x02004000
#define RISCV_MTIME_BASE             0x0200bff8

再びビルドします。やっとビルドをパスしました。

ビルド成功
$ ninja

[0/1] Re-running CMake...
-- Zephyr version: 2.1.99
-- Selected BOARD hoge
-- Loading zephyr/boards/riscv/hoge/hoge.dts as base
hoge.dts.pre.tmp:22.17-25.5: Warning (simple_bus_reg): /soc/serial: missing or empty reg/ranges property
  also defined at hoge.dts.pre.tmp:37.8-39.3
Devicetree header saved to 'zephyr/build/zephyr/include/generated/devicetree_unfixed.h'
Parsing zephyr/Kconfig
Loaded configuration 'zephyr/build/zephyr/.config'
No change to configuration in 'zephyr/build/zephyr/.config'
No change to Kconfig header in 'zephyr/build/zephyr/include/generated/autoconf.h'
-- Cache files will be written to: /home/katsuhiro/.cache/zephyr
-- Configuring done
-- Generating done
-- Build files have been written to: zephyr/build
[89/94] Linking C executable zephyr/zephyr_prebuilt.elf
Memory region         Used Size  Region Size  %age Used
             RAM:       12752 B        16 KB     77.83%
        IDT_LIST:          25 B         2 KB      1.22%
[94/94] Linking C executable zephyr/zephyr.elf

まだめでたしめでたし、ではありません。

実行、デバッグ

生成されたバイナリを実行すると何かエラーが表示されるものの、Hello world は表示されません。残念です。

実行しても何も表示されない
$ /usr/bin/qemu-system-riscv32 -nographic -machine spike -net none -chardev stdio,id=con,mux=on -serial chardev:con -mon chardev=con,mode=readline -kernel zephyr/build/zephyr/zephyr.elf

qemu-system-riscv32: clint: time_hi write not implemented
qemu-system-riscv32: clint: time_lo write not implemented
qemu-system-riscv32: clint: time_hi write not implemented

このままでは全く何も実行されていないのか、惜しいところまで実行されたのか判別が付きません。以前ご紹介した(2020年 1月 31日の日記参照)デバッグオプション -s と -S を使い、gdb で追跡します。

復習ですが、オプション -s は GDB の接続を localhost:1234 で受け付け、-S はエミュレータを Halted 状態で起動し gdb から再開要求をするまで動かないで待っている、という意味です。

main 関数まで到達しているようだ
$ riscv64-zephyr-elf-gdb zephyr/build/zephyr/zephyr.elf

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

...

(gdb) target remote localhost:1234

Remote debugging using localhost:1234
0x00001000 in ?? ()


(gdb) b main

Breakpoint 1 at 0x800006d4: file zephyr/samples/hello_world/src/main.c, line 12.


(gdb) c

Continuing.

Breakpoint 1, main ()
    at zephyr/samples/hello_world/src/main.c:12
12              printk("Hello World! %s
", CONFIG_BOARD);

ターゲット(QEMU)に接続し、main にブレークを設定して、実行を継続しています。Hello world の main 関数に到達していることがわかります。素晴らしいですね。printk は呼ばれているものの、文字が出ないことが問題だとわかりました。

Hello world を拝むには、シリアルのドライバを追加する必要があります。続きはまた次回。

[編集者: すずき]
[更新: 2020年 2月 19日 03:37]

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