目次: Zephyr
前回はHART 0以外で動かす際に、動作確認が必要なので準備を行いました。今回はHART 0以外で動かします。
一番簡単なやり方は、ブート時の判定条件を変えることだと思います。通常はHART IDが0だったら起動しますが、0じゃないHARTのときに起動するように変更します。この変更は最終的には不要なので、あとで元に戻すのを忘れないようにしてください。
// zephyr/arch/riscv/core/reset.S
...
SECTION_FUNC(TEXT, __initialize)
/*
* This will boot master core, just halt other cores.
* Note: need to be updated for complete SMP support
*/
csrr a0, mhartid
addi a0, a0, -3 //★HART ID - 3 = 0なら実行する、つまりHART ID 3で実行する★
beqz a0, boot_master_core
...
ZephyrのCPUコア数はmenuconfigから変更可能です。なぜかは知りませんが、最大4コアらしいです。
$ ninja menuconfig General Kernel Options ---> SMP Options ---> (4) Number of CPUs/cores
実行してみます。QEMUの -smp cpus=1オプションをcpus=4に変更して4コアで実行します。
$ 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 -cpu rv32 -smp cpus=4 -bios none ** Booting Zephyr OS build zephyr-v2.4.0-546-g720718653f92 *** 3: thread_a: Hello World from QEMU RV32 virt board!
HART IDは変わりました。しかしスレッドAからスレッドBに切り替わらず、ハングアップしてしまいます。原因はタイマー割り込みがHART ID 0以外に入らないからです。Zephyrはタイマー割り込みによってカーネルの内部時間(Tick)を更新する他、割り込みを契機にコンテキストスイッチを行っています。
Zephyrでは通常の定期的なタイマー割り込みと、Tickless Timerという不定期なタイマー割り込みの仕組みがあります。通常のタイマーの場合、一定時間ごとにタイマー割り込みを発生(例えば10msごとなど)させ、1Tickずつ時間を進めます。実装は単純ですが、用もなくタイマー割り込みが発生するため、消費電力や処理性能に悪影響を及ぼします。
Tickless Timerの場合、各CPUが「最後に割り込みが発生した時刻」を記録しておいて、タイマー、タイマー以外の割り込みが発生した際に、前回の割り込みからどれだけ時間が経過したか、つまり、何Tick経過したか?を計算して、一気に時間を進めます。また「次のタイマー割り込みの設定」は、できるだけ遠く(現在時刻 +1 Tick)に設定して、無用なタイマー割り込みが発生しないように工夫されています。
「最後に割り込みが発生した時刻」と「次のタイマー割り込みの設定」はCPUが割り込みを受けたタイミングによって値が変わり、全CPUで共有する値ではありませんから、CPUごとに専用の場所を用意する必要があります。
// zephyr/drivers/timer/riscv_machine_timer.c(変更前)
static struct k_spinlock lock;
static uint64_t last_count;
static void set_mtimecmp(uint64_t time)
{
#ifdef CONFIG_64BIT
*(volatile uint64_t *)RISCV_MTIMECMP_BASE = time;
#else
volatile uint32_t *r = (uint32_t *)RISCV_MTIMECMP_BASE;
// zephyr/drivers/timer/riscv_machine_timer.c(変更後)
#define RISCV_MTIMECMP (RISCV_MTIMECMP_BASE + (uintptr_t)z_riscv_hart_id() * 8) //★「次のタイマー割り込みの設定」★
#define last_count last_count_mp[z_riscv_hart_id()] //★「最後に割り込みが発生した時刻」★
static struct k_spinlock lock;
static uint64_t last_count_mp[CONFIG_MP_NUM_CPUS]; //★CPUの数だけ配列を確保★
static void set_mtimecmp(uint64_t time)
{
#ifdef CONFIG_64BIT
*(volatile uint64_t *)RISCV_MTIMECMP = time;
#else
volatile uint32_t *r = (uint32_t *)RISCV_MTIMECMP;
今回のSMP対応ではMTIMECMPレジスタの幅が64bitであることがわかれば、動作の詳細を知らなくても読み進められると思います。
仕様が気になる場合は、SiFive Core Local Interruptor(CLINT)の仕様を参照ください。CLINTはFE310もしくはFU540のマニュアルに載っています。FE310はシングルコア、FU540はマルチコアです(FE310-G002 Manual, FU540-C000 Manual)。
以上の対応でHART ID 0以外もタイマー割り込みが入るようになり、スケジューラが動作するようになったはずです。
$ 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 -cpu rv32 -smp cpus=4 -bios none ** Booting Zephyr OS build zephyr-v2.4.0-546-g720718653f92 *** 3: thread_a: Hello World from QEMU RV32 virt board! 3: thread_b: Hello World from QEMU RV32 virt board! 3: thread_a: Hello World from QEMU RV32 virt board! 3: thread_b: Hello World from QEMU RV32 virt board! ...
HART ID = 3で実行されています。やったね。以降、実行するHARTを一時的にずらす変更は不要なので、元に戻すことを忘れないようにしてください。
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