iT邦幫忙

2021 iThome 鐵人賽

DAY 1
1
Software Development

Port Alpine Linux to open source RISC-V platform系列 第 1

引言與大綱

這系列文章,將會帶過數個跨度極大的主題,故有需要先於開篇的引文來作展開。

首先,我們由RISC-V是什麼來開始說明。
在現代電腦系統中,軟硬體的交界我們通常會以指令集架構來作天然的區隔;例如大家耳熟能詳的x86、ARM、MIPS,就是這樣的存在。

然而RISC-V有幾項(以我作為一個CS背景的人來說)特點導致它與過往的指令集不同:

  1. RISC-V 切成 Unprivileged ISA 與 Privileged ISA,並且希望排除platform影響。
  2. 刻意對cache的描述淡化。
  3. 官方指令集架構沒有授權金與專利屏蔽。

第一點點出的事情是,RISC-V的系統狀態與邏輯指令是分離的,例如系統狀態控制暫存器(CSR)這個概念,僅有在實做Privilged ISA的平台才會存在。〝platform〞這個概念很模糊,但大致上可以理解成「出於實做意義上會出現,但非指令集架構該定義的事情」。所有今天platform相依的housekeeping邏輯,理論上都要能夠透過一層叫做〝Supervisor Binary Interface〞的抽象層來操作。

第二點是與第一點有關的特點,在RISC-V創始者(Andrew Waterman、David Peterson、Krste Asanović)的理念裡,cache是platform的東西,不該存在於不管是Privileged 或 Unprivileged的ISA規格之中。這點也直接導致了後續無數的討論與紛爭。

第三點則是RISC-V目前在市場上最大的賣點,因為有了公用的指令集基礎,IC/IP公司可以專心做出符合spec的處理器,便能(理論上)共享由(倒楣鬼)先驅者投資的軟體開發動能。如果有熟悉ARM生態系的朋友,可以想像成一個沒有Linaro、但有Linaro效果的世界。

於是說到這裡我便需要扣題一下〝Port Alpine Linux to open source RISC-V platform〞 — — 我們有了一個公定的ISA規格,自然也就會有開放原始碼的硬體實做。但是它在一些platform上的實做細節,不同於像x86、ARM那樣有一個穩定的參考實做,導致Linux Distro的運作,是需要花開發動能去補完抽象層的。

在這系列中,我們挑選的RISC-V 32平台為 LiteX/VexRiscv 這樣一個RV32 SoC;它的名稱代表了兩個事物,前者LiteX是SoC platform、後者VexRiscv是ISA的實做(CPU Core)。

VexRiscv在2020年後,已經完整實做完成了RV32GC的指令集,所以目前可以近乎無痛使用RISC-V既有的工具鏈(早年筆者作移植時,因為VexRiscv沒有完整實做A/C擴展時、尚須使用特製的toolchain); 但是LiteX這個platform本身,就有耐人尋味的事情了,例如,它的中斷控制器,並非是目前台面上的參考實做PLIC與CLINT組合,所以這邊Linux就需要有driver的porting需要、另外則是SBI的firmware,這點本身就是平台方需要去補足的。

接下來,要讓Alpine Linux這樣一個Linux distro跑在這樣的平台上,我們有了一個會動的kernel還不夠,我們需要一個迴異於多數Linux distro使用的glibc的C library runtime — — musl-libc支援。目前musl-libc上游僅有RISC-V 64平台的支援,RISC-V 32的僅有早年試驗性質的porting。然而沒有RV32 musl-libc porting、也就沒有Alpine Linux可以運作於LiteX/VexRiscv的可能性。而且有了RV32 musl的support後,因為目前Alpine沒有正式支援RISC-V,我們必須要從abuild/aports這樣的原始碼建置系統開始,package by package的建置出alpine-base這樣一個套件基底。

所以這系列文章,將會在數個主題間跳動:如何建置出一個LiteX/VexRiscv這樣的平台到FPGA開發板上、Linux核心porting到這樣一個平台有什麼困難處、RV32 musl-libc的porting與測試、以及Alpine Linux的initial bootstrapping。


下一篇
musl libc 簡介與其 porting(一)
系列文
Port Alpine Linux to open source RISC-V platform30

尚未有邦友留言

立即登入留言