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How a Linux 6.2.13 BUG stops Vivado from recognizing FPGA

中文版本

TLDR

In short, the commit introduced by Linux 6.2.13:

commit 0d30989fe9a176565d360376d4bc2ea1c61cbbac
Author: Liam R. Howlett <Liam.Howlett@oracle.com>
Date:   Fri Apr 14 14:59:19 2023 -0400

    mm/mmap: regression fix for unmapped_area{_topdown}

    commit 58c5d0d6d522112577c7eeb71d382ea642ed7be4 upstream.

    The maple tree limits the gap returned to a window that specifically fits
    what was asked.  This may not be optimal in the case of switching search
    directions or a gap that does not satisfy the requested space for other
    reasons.  Fix the search by retrying the operation and limiting the search
    window in the rare occasion that a conflict occurs.

    Link: https://lkml.kernel.org/r/20230414185919.4175572-1-Liam.Howlett@oracle.com
    Fixes: 3499a13168da ("mm/mmap: use maple tree for unmapped_area{_topdown}")
    Signed-off-by: Liam R. Howlett <Liam.Howlett@oracle.com>
    Reported-by: Rick Edgecombe <rick.p.edgecombe@intel.com>
    Cc: <stable@vger.kernel.org>
    Signed-off-by: Andrew Morton <akpm@linux-foundation.org>
    Signed-off-by: Greg Kroah-Hartman <gregkh@linuxfoundation.org>

While fixing a BUG, a new BUG is introduced, causing MAP_32BIT to fail to work sometimes, and Xilinx's Digilent driver uses this parameter, causing mmap to fail and unable to recognize the FPGA.

The new BUG has been fixed in [PATCH v2] maple_tree: Make maple state reusable after mas_empty_area().

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Linux 6.2.13 引入的 BUG 导致 Vivado 无法识别 FPGA

English version

TLDR

简单来说，Linux 6.2.13 引入的 commit：

commit 0d30989fe9a176565d360376d4bc2ea1c61cbbac
Author: Liam R. Howlett <Liam.Howlett@oracle.com>
Date:   Fri Apr 14 14:59:19 2023 -0400

    mm/mmap: regression fix for unmapped_area{_topdown}

    commit 58c5d0d6d522112577c7eeb71d382ea642ed7be4 upstream.

    The maple tree limits the gap returned to a window that specifically fits
    what was asked.  This may not be optimal in the case of switching search
    directions or a gap that does not satisfy the requested space for other
    reasons.  Fix the search by retrying the operation and limiting the search
    window in the rare occasion that a conflict occurs.

    Link: https://lkml.kernel.org/r/20230414185919.4175572-1-Liam.Howlett@oracle.com
    Fixes: 3499a13168da ("mm/mmap: use maple tree for unmapped_area{_topdown}")
    Signed-off-by: Liam R. Howlett <Liam.Howlett@oracle.com>
    Reported-by: Rick Edgecombe <rick.p.edgecombe@intel.com>
    Cc: <stable@vger.kernel.org>
    Signed-off-by: Andrew Morton <akpm@linux-foundation.org>
    Signed-off-by: Greg Kroah-Hartman <gregkh@linuxfoundation.org>

修复了 BUG 的同时，引入了新的 BUG，导致 MAP_32BIT 有时无法工作，而 Xilinx 的 Digilent 下载器代码使用了这个参数，导致 mmap 失败，无法识别 FPGA。

新 BUG 在 [PATCH v2] maple_tree: Make maple state reusable after mas_empty_area() 中被修复。

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I2C 协议

本文的内容已经整合到知识库中。

背景

最近数设课上，同学们开始购买外设，其中就涉及到 I2C 协议，因此顺带写一下 I2C 协议的教程，帮助同学们进行理解。

接口

I2C 协议涉及到两个信号：

  • SCL: 时钟信号，Master -> Slave
  • SDA：数据信号，Master <-> Slave
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SPI 协议

本文的内容已经整合到知识库中。

背景

最近数设课上，同学们开始购买外设，其中就涉及到 SPI 协议，因此顺带写一下 SPI 协议的教程，帮助同学们进行理解。

接口

SPI 协议涉及到四个信号：

  • SCLK: 时钟信号，Master -> Slave
  • MOSI：数据信号，Master -> Slave
  • MISO：数据信号，Slave -> Master
  • CS：芯片使能，一般是低有效
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在 LiteX 中使用 UART over JTAG

背景

在给 Alinx AX7021 适配 LiteX 的时候，遇到一个问题：PL 上没有连接串口，只有 PS 连接了串口，如果用 RISC-V 软核的话，就会面临无串口可用的情况，除非在扩展 IO 上自己定义一个串口。

因此研究了一下 LiteX 自带的 UART over JTAG 功能，在 Alinx AX7021 中调试出来了。

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DRAM 的拓扑和训练

本文的内容已经整合到知识库中。

DRAM Training

DRAM 一直有一个比较麻烦的初始化过程，就是 DRAM Training，其中很重要的一步就是计算出各个数据线相对于时钟的偏移（skew）。这个偏移是怎么来的呢？

我们知道，对于 SRAM，如果想要更多的位宽，只需要把地址线和控制信号连接到多个 SRAM 上，然后把 SRAM 的数据信号并行连接到 FPGA 上就可以了，但是前提是要尽量保证等长，否则一样有偏移的问题。DRAM 也是采用类似的方法进行扩展的，但是 DRAM 通常需要并行连接很多个芯片，例如 8 个 x8 的芯片的合并成一个 64 位的 DDR SDRAM。此时数据线依然是并行连接，但是地址线和控制信号就出现了走线困难：很难在那么小的空间里，等长地把地址和控制信号分布到各个芯片上，而且还有信号完整性的问题。

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C/C++ 数参数个数的特别方法

背景

群友上个月提了一个未知来源问题：

实现一个你自己的 printf(int, ...) 函数，该函数包含可变参数。为简便期间，假设所有参数均为 int 类型。

  1. 第一个参数是一个普通参数，不表示后续可变参数的数目
  2. 在 printf 中逐个输出所有传入的整数值（可使用系统自带的 kprintf 实现输出）
  3. 思考如何判定参数结束，是否有副作用
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UnixWare 7.1.4 虚拟机安装

安装过程

在 https://www.sco.com/support/update/download/product.php?pfid=1&prid=6 可以看到 UnixWare 7.1.4 的相关下载，其中首先要下载 UnixWare 的安装 ISO：https://www.sco.com/support/update/download/release.php?rid=346，尝试过用 QEMU 启动，会遇到找不到 CD-ROM 的问题，虽然通过设置 ATAPI_DMA_DISABLE=YES 解决了，但是又遇到了找不到硬盘的问题。

最后换成了 VirtualBox 7.0.6。用 VirtualBox 创建虚拟机的时候，不要给太多内存，4GB 就会无法启动，2GB 可以，硬盘也不要给太多，4GB 就足够。

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AIX 7.2 虚拟机安装

安装过程

宿主机环境是 Debian bookworm，不需要像其他教程那样自己编译 qemu，直接 apt install 即可。

通过 google 可以搜索到 AIX 7.2 的 ISO，下载第一个 ISO 到本地，然后在 QEMU 中启动安装镜像：

  • 分类于 hardware
  • 需要 4 分钟阅读时间

RAM 读写冲突

背景

在 FPGA 或者 ASIC 中，通常都需要使用 RAM，通过读口、写口或者读写口来进行访问。常见的配置有单读写口（1RW），一读一写（1R1W）等等，读口通常有 1 个周期的延时。那么，如果在同一个周期内，读口和写口访问了同一个地址，会发生什么呢？可能会想到几种情况：

  1. 读和写都失败，读出的数据未定义，数据没写进去
  2. 数据写进去了，读出的数据未定义
  3. 数据写进去了，读出了写之前的旧数据
  4. 数据写进去了，读出了同一个周期写入的新数据
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firtool 尝试

背景

Chisel 3.6 很快就要发布了（目前最新版本是 3.6.0-RC2），这个大版本的主要更新内容就是引入了 CIRCT 的 firtool 作为 FIRRTL 到 Verilog 的转换流程：

The primary change in Chisel v3.6.0 is the transition from the Scala FIRRTL
Compiler to the new MLIR FIRRTL Compiler. This will have a minimal impact on
typical Chisel user APIs but a large impact on custom compiler flows. For
more information, please see the ROADMAP.

因此提前测试一下 firtool，看看其和 Scala FIRRTL Compiler 有哪些区别，是否有更好的输出。

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  • 需要 15 分钟阅读时间

软硬件队列接口

背景

在网卡等场景下，经常会需要在软硬件之间传输大量的数据，通常的方法是建立循环队列，例如 H2C（Host to Chip）方向，是 Host 作为 Producer 增加数据到队尾，Chip 作为 Consumer 从队头读取数据。由于每次传输的数据不定长，为了方便，队列的项是一个定长的 Descriptor，Descriptor 指向了数据的地址。但具体的细节，不同的实现还不太一样。下面逐个案例进行分析。

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数字调制

背景

最近在学习 802.11，需要学习很多数字调制相关的知识，因此自学了一下通信原理。

  • 分类于 hardware
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在 Linux 上使用 Netgear A6210 USB 无线网卡

背景

最近要让一台 Linux 机器连接无线网，所以要买一个对 Linux 支持比较好的 USB 无线网卡。以前曾经用过一些 USB 无线网卡，但对 Linux 的支持大多不好，要么是需要 out of tree module，要么就忽然不能工作。因此前期的调研十分重要。

挑选 USB 无线网卡

在调研的时候，发现了 morrownr/USB-WiFi 仓库，里面总结了一些 Linux 支持比较好的 USB 无线网卡，由于是外国人写的，所以里面很多型号在国内都买不到，但实际上 USB 无线网卡的芯片组一般就是那些，所以需要先确定芯片组，再根据芯片组找对应的 USB 无线网卡。

  • 分类于 networking
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Transport Layer Interface 考古

Transport Layer Interface

现在网络编程主要采用的是 BSD Sockets API，但实际上当年还有另一套 API，就是 TLI（Transport Layer Interface），后来 BSD Sockets 胜出，进入了 POSIX 标准，TLI 后面也标准化为了 XTI，现在可以在部分 Unix 系统中找到。TLI/XTI 的使用方法和 Sockets API 有些类似，但是比较特别的一点在于，Sockets API 第一步是 socket 调用，传的参数就决定了这是 TCP 还是 UDP 还是其他什么协议，而 TLI 是通过打开不同的设备文件来进行区分：

int fd = t_open("/dev/udp", O_RDWR, NULL);

比如 TCP 就是 /dev/tcp，UDP 就是 /dev/udp，同理还有 /dev/icmp 等等。这颇有 Unix 的哲学：everything is a file。而 BSD Sockets API 则是有对应的系统调用，libc 基本不需要做什么事情。

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OpenBSD xonly 实现原理

背景

最近看到 xonly status，看到 OpenBSD 最近在实现 xonly，也就是让一些页只能执行，不能读不能写。以往类似的做法是 W^X，也就是可以执行的时候不能写，可以写的时候不能执行。显然，xonly 是更加严格的，连读都不可以。查了一下历史，W^X 最早也是在 OpenBSD 中实现的，说不定以后 xonly 也会被各个操作系统实现。

  • 分类于 system
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Solaris 11.4 安装

下载安装镜像

访问 https://www.oracle.com/solaris/solaris11/downloads/solaris-downloads.html，点击下载，登录后跳转到一个新的页面。在 Platform 下拉框选择 x86，会出现一系列可以下载的文件。以 11.4.42.111.0 为例，需要下载的是：V1019840-01.iso Oracle Solaris 11.4.42.111.0 Interactive Text Install ISO (x86) for (Oracle Solaris on x86-64 (64-bit)), 890.5 MB。可以直接在浏览器中下载，也可以点击网页中的 WGET Options，用 wget 脚本下载。

下载以后，挂载 ISO 到虚拟机，正常按照指示进行安装。

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FreeBSD/NetBSD/OpenBSD/DragonFlyBSD Cookbook

背景

最近在维护 lsof 的时候，需要在 FreeBSD/NetBSD/OpenBSD/DragonFlyBSD 上进行开发和测试，于是就装了虚拟机，特此记录我在使用过程中，与 Linux 不一样的一些常用 FreeBSD/NetBSD/OpenBSD/DragonFlyBSD 命令。

  • 分类于 hardware
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CHI 学习笔记

本文的内容已经整合到知识库中。

CHI 介绍

CHI 协议是 AMBA 5 标准中的缓存一致性协议，前身是 ACE 协议。最新的 CHI 标准可以从 AMBA 5 CHI Architecture Specification 处下载。

相比 AXI，CHI 更加复杂，进行了分层：协议层，物理层和链路层。因此，CHI 适用于片上网络，支持根据 Node ID 进行路由，而不像 AXI 那样只按照物理地址进行路由。CHI 的地位就相当于 Intel 的环形总线。CHI 也可以桥接到 CCIX 上，用 CCIX 连接 SMP 的的多个 Socket，或者连接支持 CCIX 的显卡等等。