git clone,make的技能炉火纯青。
在FPGA部署Rocket Chip并运行Linux主要有两种方式,一种是伯克利官方仓库fpga-zynq,它需要借助ARM,通过前端服务器Frontend Server和ARM交互,进行串口显示。另一种是不借助ARM。
如下图所示,ARM端运行了PetaLinux,通过执行./fesvr-zynq pk hello ARM运行fesvr-zynq前端服务器,将pk(非常小的内核)和hello(rv-gcc编译的hello程序)搬到RV内存的特定地址,RV核执行之后,会将打印的结果告诉fesvr,最后通过ARM的串口显示。
通过执行./fesvr-zynq bbl也是类似原理,BBL是伯克利加载启动器,和OpenSBI有相同的作用,但比它更简化。bbl生成时,会加上payload选项,包入linux的Image镜像。此前Linux镜像生成时,也会包入简单根文件系统。这样就集齐了Linux运行的吉祥三宝:bootloader、kernel、root file system。

该工程已在ZC706的板子上复现,预编译的比特流文件似乎有点问题,需要重新生成才奏效。这个工程的缺点也比较明显:
借助ARM运行RV Linux的工程还有几个:
Z系列的板子都会带ARM,还找到一些不借助ARM,直接从SD卡启动的工程,也做了一些比较:
| 开源项目 | 更新频率 | 支持开发板 | 复现难度 |
|---|---|---|---|
| Chipyard | 活跃 | VCU118 | 难 |
| fpga-rocket-chip | 三年前 | Nexys A7 100T | 易 |
| lowrisc-chip | 四年前 | Nexys A7 100T | 中 |
| rocket-chip-vcu128 | 半年前 | VCU128 | 中 |
| vivado-risc-v | 活跃 | KC705,VC707,Nexys A7 100T | 易 |
最终选择了最后一个仓库复现,社区很活跃,子仓库也是最新的,以打补丁的形式修改OpenSBI、Uboot、Linux kernel,容易进一步学习。
但要成功复现也不是想象中那么简单,运行环境如下:
自己的虚拟机虽然是Ubuntu20,但只有8G内存。服务器虽然有32G内存,但Ubuntu是18.04,而且生成SD卡也不能在服务器上。这种因为环境造成的尬尴,Docker是最佳选择!
基本思路是,服务器装一个Ubuntu20的Docker环境,用来生成比特流文件;本地虚拟机用来生成SD卡需要的吉祥三宝:bootloader、linux kernel、root file system。
Docker的入门可以参考之前的博客 Docker 入门+实战
docker pull ubuntu:20.04
# 挂载整个工作目录,包含vivado软件
docker run -it --name yourname --user -v /home/username/:/home ubuntu:20.04
之后按照github上的流程安装好相关的依赖软件make apt-install,make update-submodules。最后选择kc705的板子
source /opt/Xilinx/Vivado/2020.1/settings64.sh
make CONFIG=rocket64b2 BOARD=kc705 bitstream
生成好的比特流文件会在workspace目录下的vivado工程里,之后需要通过本地的vivado烧到板子上。
有意思的一点是,生成的过程中,设备树文件会合并到bootrom.img,然后作为固件一起烧进比特流文件。
准备好SD卡,大卡小卡皆可,运行./mk-sd-card,主要流程是先下载Debian发行版的根文件系统,再分别生成uboot、opensbi、Linux kernel。opensbi会payload uboot,生成boot.elf和kernel一起放到SD卡的第一个分区,根文件系统放到SD卡的第二个分区。
最后写SD卡的过程会遇到一些错误,可以查看 issues 23:老显示SD占用,写不进数据, 需要手动umount /media/xxx/BOOT and rootfs 然后重新 ./mk-sd-card 。
将SD卡插入卡槽,用vivado将bit流文件烧进板子,连接好串口,期待神圣的时刻:发现串口无打印!查看手册,发现是SW13的设置出错了,改成默认就行。


最后,见证奇迹的时候:

虽然代码不是我写的,移植不是我做的,但看到起来的那一刻,也是热泪盈眶。接下来,盘它!
//纪念第100篇灌水博文
]]>要成功运行起来不难也不容易,跑不通最大的原因可能是版本问题,包括Qemu的版本、Opensbi版本、Linux的版本、BBL版本。
硬件上启动Linux需要准备三样东西:bootloader、Linux 内核、根文件系统。bootloader可以是opensbi(Open Supervisor Binary Interface)、bbl(Berkeyly Boot Loader)。根文件系统可以通过busy_box配置,也可以是各类linux发行版。
Qemu是硬件仿真器,可以将它当成一个实际的硬件,包含地址映射、外设等。
spike是指令集的模拟器,也是可以当成是硬件,但它与Qemu不同,只能解析二进制指令,Qemu还可以解析elf文件。有关spike、pk、fesrv可以参考这两篇文章:深入理解基于RISC-V ISS Spike的仿真系统:探索Spike,pk和fesrv、华科OS教程:RISC-V体系结构
搭建qemu RISC-V运行Linux环境 汪辰,在 QEMU 上运行 RISC-V 64 位版本的 Linux
qemu-system-riscv64 -M virt \
-m 256M \
-nographic \
-bios default\
-kernel linux/arch/riscv/boot/Image\
-drive file=rootfs.img,format=raw,id=hd0 \
-device virtio-blk-device,drive=hd0 -append "root=/dev/vda rw console=ttyS0"
risc-v linux 根文件系统制作和运行
先生成linux内核文件Image,然后用opensbi的PAYLOAD选项将内核一起包入编译。最后运行时一定要加上-bios none否则会出现地址冲突错误。
qemu-system-riscv64 -M virt \
-m 256M \
-nographic \
-bios none\
-kernel opensbi/build/platform/generic/firmware/fw_payload.elf\
-drive file=rootfs.img,format=raw,id=hd0 \
-device virtio-blk-device,drive=hd0 -append "root=/dev/vda rw console=ttyS0"
qemu-system-riscv64 -M virt \
-m 256M \
-nographic \
-bios opensbi/build/platform/generic/firmware/fw_jump.bin\
-kernel linux/arch/riscv/boot/Image\
-drive file=rootfs.img,format=raw,id=hd0 \
-device virtio-blk-device,drive=hd0 -append "root=/dev/vda rw console=ttyS0"
RISC-V Kurun的博客只加载内核,无设备树。
qemu-system-riscv64 -M virt \
-m 256M \
-nographic \
-bios opensbi/build/platform/generic/firmware/fw_jump.bin\
payload的文件一定是bin文件,file xx. bin会显示data,可以通过
riscv64-unknown-elf-objcope -O binary xx.elf xx.bin生成bin文件。
qemu-system-riscv64 -M virt
-m 256M\
-nographic\
-bios build/platform/generic/firmware/fw_payload.elf
未验证 How to Run Linux on RISC-V with QEMU Emulator - CNX Software qemu引导riscv linux--摆脱busybear
qemu-system-riscv64 -M virt \
-m 256M \
-nographic\
-kernel bbl \
-drive file=busybear.bin,format=raw,id=hd0\
-device virtio-blk-device,drive=hd0 -append "root=/dev/vda ro console=ttyS0"
-netdev type=tap,script=./ifup,downscript=./ifdown,id=net0
-device virtio-net-device,netdev=net0
Image包rootfs ,bbl 包 Image。这种方式的启动和版本更加有关系 Spike模拟Linux 5.3教程 Spike 运行RISC-V Linux实践 bbl制作
# 1.查看qemu设备树
qemu-system-riscv64 -machine virt,dumpdtb=qemu-riscv64-virt.dtb
dtc qemu-riscv64-virt.dtb > qemu-riscv64-virt.dts
# 2.qemu debug模式
qemu-system-riscv32 -M virt -m 256M -kernel opensbi-1.0/build/platform/generic/firmware/fw_payload.elf -nographic -bios none -smp 1 -s -S
riscv32-unknown-linux-gnu-gdb build/linux-5.16.12/vmlinux
target remote localhost:1234
]]>