移植系统到 Rocket Chip on VCU128

背景

最近需要在 VCU128 上搭建一个 SOC,然后想到可以把 OpenSBI、U-Boot 和 Linux 移植到这个平台上方便测试,于是又开始折腾这些东西。代码仓库都已经开源:

Rocket Chip on VCU128

第一部分是基于之前 rocket2thinpad 在 Thinpad 上移植 Rocket Chip 的经验,做了一些更新,主要是因为 VCU128 的外设不大一样,同时我也要运行更复杂的程序,主要做了这些事情:

  1. 添加了 VCU128 的内存和外设:HBM、SPI、I2C、UART、ETH
  2. 打开了更多核心选项:S-mode 和 U-mode

主要踩过的坑:

  1. BSCAN 不工作,估计是因为一些参数不对,@jsteward 之前在 zcu 平台上做了一些测试,估计要用类似的办法进行修改;我最后直接去掉了这部分逻辑
  2. 这个板子的 PHY RESET 信号要通过 I2C 接口访问 TI 的 Port Expander,所以没法直接连,要通过 gpio 输出来手动 reset
  3. SPI Startup Flash 的时序配置,见我之前的博客
  4. Xilinx PCS/PMA IP 也会自己挂一个设备到 MDIO bus上,应该有自己的 PHY 地址,而不要和物理的 PHY 冲突

U-Boot

在 U-Boot 上花了比较多的时间,用它的目的主要是:

  1. BootROM 中的代码只支持从串口加载程序,如果后续要加载 Linux 内核等软件,性能太差。
  2. U-Boot 驱动比较完善,而且 dts 也可以很容易地迁移到 Linux 中
  3. 有一些可以参考的资料

移植的时候,首先新建一个自定义的 board,然后自己写 defconfig 和 dts,其中 dts 可以参考 rocket chip 生成的 dts 文件。然后,按照各个外设的 device tree binding 去写,然后打开/关闭各个 CONFIG 开关。

对代码主要的改动是,实现了 DCache 的 flush 功能,因为以太网部分用了 DMA,所以要让外设看到内存的更改,这里采用的是 SiFive 的扩展指令 cflush.d.l1。由于编译器还不支持这个指令,就按照网上的方式去构造了汇编指令。实现完成以后,就可以用网络了。

一开始的时候,为了简单,直接在 M-mode 中运行 U-Boot,这样不需要 OpenSBI,同时 DTB 也是内置的。但后续为了运行 Linux,还是需要一个 SBI 实现:OpenSBI,然后在 S-mode 中运行 U-Boot,再引导到 Linux。

此外还花了很多努力来缩小 binary 大小,首先可以用 nm --size -r u-boot | head -20 来找到比较大的一些符号,不考虑其中 BSS 的部分(type=b),主要看哪些代码/数据比较占空间。

OpenSBI

OpenSBI 移植比较简单,直接参考 template 修改即可,主要就是串口的配置,其他基本不用改。然后,我把 U-Boot 作为 OpenSBI 的 Payload 放到 OpenSBI 的后面,此时要把 U-Boot 配置为 S-mode 模式。接着,遇到了新的问题:cflush.d.l1 指令只能在 M-mode 用,因此我在 OpenSBI 代码中处理了 trap,转而在 M-mode 里面运行这条指令。这样,就可以在 S-mode 里刷新 Cache 了。

Linux

Linux 目前可以 boot 到寻找 init,还没有碰文件系统,之后计划用 buildroot 打一个 initramfs 出来。为了在 U-Boot 中启动 Linux,用 U-Boot 的 mkimage 工具生成了 FIT 格式的 uImage,里面打包了 kernel image 和 dtb,就可以用 bootm 命令启动了,注意地址不要和加载地址重复。

此外还遇到一个坑:RV64 里面 Linux dts 的 address cell 得是 2(对应 64 位),否则会有错误。但 U-Boot 对这个没有做要求。

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