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Raspberry Pi 3B 向け TOPPERS/SSP カーネル

これは何か

Raspberry Pi 3B を対象にした TOPPERS/SSPカーネル実装です.実機および QEMU での動作を確認しています.
利用方法については Docker を用いた動作確認手順を示しますので,参考にしてください.

動作確認に必要なもの

  • Docker : Docker上のコンテナ(仮想環境)を動かすために使います.Ubuntu cosmic(18.10) 以降のLinuxシステムをお使いの場合は手順2.のスクリプトだけを実行することもできます.
  • Git : Dockerのスクリプトを取得するのに使います.
  • コマンドライン環境:コマンドの実行にbashシェルを使います.Mac ならターミナルアプリ,Windowsなら MinGW など.

Dockerを用いた動作確認手順

以下では Linux の bashシェルで作業する際の様子を示します.他のホストOSで使用する場合もほぼ同様と思います.

1. Dockerコンテナの構築およびシェルの起動

(1-1) Dockerスクリプトの取得(カレントディレクトリに docker-toppers というディレクトリが作成される)

$ git clone https://github.com/nmiri-nagoya-nsaito/docker-toppers.git
Cloning into 'docker-toppers'...
remote: Enumerating objects: 9, done.
remote: Counting objects: 100% (9/9), done.
remote: Compressing objects: 100% (9/9), done.
remote: Total 122 (delta 0), reused 8 (delta 0), pack-reused 113
Receiving objects: 100% (122/122), 16.83 KiB | 3.37 MiB/s, done.
Resolving deltas: 100% (46/46), done.

(1-2) スクリプトのディレクトリへ移動し,コンテナのシェルを起動する(詳細はスクリプト参照)

$ cd docker-toppers
$ ./start_shell.sh ubuntu-focal 
specified service: ubuntu-focal
Building ubuntu-focal
Step 1/17 : FROM ubuntu:focal
 ---> 2a4d239ad3cc
(中略)
Step 17/17 : ENTRYPOINT ["sh", "-c", "./scripts/entrypoint.sh"]
 ---> Running in a889fa84e8da
Removing intermediate container a889fa84e8da
 ---> 2c06a4aefc19
Successfully built 2c06a4aefc19
Successfully tagged ssprpi3b_ubuntu-focal:latest
Creating network "ssprpi3b_default" with the default driver
Creating ssprpi3b_ubuntu-focal_1 ... 
Creating ssprpi3b_ubuntu-focal_1 ... done
saito@3b8b7cd91353:~$ 

この時点で Linux コンテナ内のシェルが起動していますので,次はこの環境の中でSSPカーネルのソースコードをセットアップし,ビルドします.

2. ソースコードのセットアップおよびビルド

(2-1) 作業ディレクトリへ移動 (dockerの設定にて ~/workdir ディレクトリをホストと共有している)

saito@3b8b7cd91353:~$ cd workdir/

(2-2) 本パッケージをダウンロード

saito@3b8b7cd91353:~/workdir$ svn co http://dev.toppers.jp/svn_user/contrib/ssp_rpi3/trunk ssp_rpi3
A    ssp_rpi3/install.sh
A    ssp_rpi3/target
A    ssp_rpi3/target/rpi_arm64_gcc
(中略)
A    ssp_rpi3/arch/arm64_gcc/common/core_timer.h
A    ssp_rpi3/build_ssp.sh
Checked out revision 406.

(2-3) SSPカーネルコードのセットアップ及びビルド

  • このスクリプトは$HOME/workdirが存在することを仮定.
  • dockerを使わずにスクリプトを実行する場合,カレントディレクトリに toppers_workdirというディレクトリが作成され,作業が継続される.
saito@3b8b7cd91353:~/workdir$ ssp_rpi3/build_ssp.sh 
--2020-03-10 17:47:37--  https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/7.2-2017.11/aarch64-elf/gcc-linaro-7.2.1-2017.11-x86_64_aarch64-elf.tar.xz
releases.linaro.org (releases.linaro.org) をDNSに問いあわせています... 13.228.101.204
releases.linaro.org (releases.linaro.org)|13.228.101.204|:443 に接続しています... 接続しました。
HTTP による接続要求を送信しました、応答を待っています... 302 Found
(中略)
aarch64-elf-gcc -O2 -Wall -g   -Werror -ggdb3 -mgeneral-regs-only -fno-pic -fno-builtin -fno-omit-frame-pointer  -mtune=cortex-a53 -mcpu=cortex-a53 -march=armv8-a -mlittle-endian -mstrict-align -DTOPPERS_OMIT_TECS   -I. -I../include -I../arch  -I../target/rpi_arm64_gcc -I../arch/arm64_gcc/bcm283x -I../arch/arm64_gcc/common -I.. -I../sample -I./gen -I../tecs_kernel -nostdlib  -mcpu=cortex-a53  -Wl,-Ttext,0x00000000 -T ../target/rpi_arm64_gcc/rpi_arm64.ld  -L. -o ssp \
		start.o  sample1.o log_output.o vasyslog.o       chip_serial.o  banner.o serial.o syslog.o logtask.o  kernel_cfg.o  \
		-lkernel -lc -lgcc  
aarch64-elf-nm -n ssp > ssp.syms
aarch64-elf-objcopy -O srec -S ssp ssp.srec
ruby ../cfg/cfg.rb --pass 3 --kernel ssp -O -I. -I../include -I../arch  -I../target/rpi_arm64_gcc -I../arch/arm64_gcc/bcm283x -I../arch/arm64_gcc/common -I.. -I../sample -I./gen -I../tecs_kernel -T ../target/rpi_arm64_gcc/target_check.trb \
			--rom-symbol ssp.syms --rom-image ssp.srec
configuration check passed

以上が成功すると <カレントディレクトリ>/ssp/build/ に実行プログラムファイル(ssp)が生成されます.

3. 実行確認

3.1 実機での実行確認

実行に必要なもの
  • Raspberry Pi 3B
  • マイクロSDカード(FAT32フォーマット済み)
  • USBシリアル変換ケーブル:シリアル側はTTL接続が可能なものを選びます(例えば TTL-232R-3V3 など)
  • シリアル端末アプリケーション (minicom など)
確認手順

(3-1-1) 実行ファイル(ssp)を含めた,起動に必要な以下のファイルを,FAT32フォーマットされた マイクロSDカードのルート直下にコピーします.

  • bootcode.bin, start.elf

以下のURLから bootcode.binstart.elf をダウンロード.
https://github.com/raspberrypi/firmware/tree/master/boot

  • 実行ファイル

実行ファイルのバイナリイメージを使用. バイナリイメージの生成には make ssp.bin を実行.

# バイナリイメージの生成. ssp.bin というファイルが生成される.

saito@20a9a0a8857c:~$ cd ~/workdir/ssp/build
saito@20a9a0a8857c:~/workdir/ssp/build$ make ssp.bin 
aarch64-elf-objcopy -O binary -S ssp ssp.bin

ファイル名を kernel.img または kernel8.img にしてコピーしておくと電源投入時に自動的に読み込まれるようになります.

  • config.txt

起動設定を指定するためのテキストファイル. さしあたり,以下の3行を含むテキストファイルを作成すれば良い

arm_control=0x200
kernel_old=1
disable_commandline_tags=1

実行ファイル名を kernel.img, kernel8.img 以外でコピーした場合は ファイルを指定するための行を追加

kernel=ssp.bin

config.txt の内容について詳しくは以下を参照 https://www.raspberrypi.org/documentation/configuration/config-txt/

(3-1-2) シリアルケーブルとPCを接続します.

シリアルケーブルとRaspberry Pi との接続はRaspberry Pi のピン配置を参考に接続します.

以下のピンを使用します.

  • Raspberry Pi の GPIO14(TXD1)
  • Raspberry Pi の GPIO15(RXD1)
  • GND

(3-1-3) PCのシリアル端末エミュレータを起動します.

通信条件: 115200bps, データ8ビット長,パリティなし

(3-1-4) マイクロSDカードをRaspberry Pi3のカードスロットに入れて起動します.

3.2 QEMUでの実行確認

(3-1) 実行開始

saito@3b8b7cd91353:~/workdir$ cd ssp/build/
saito@3b8b7cd91353:~/workdir/ssp/build$ qemu-system-aarch64 -M raspi3 -display none -serial stdio -kernel ssp

TOPPERS/SSP Kernel 1.3.0  for RPI_ARM64 (Mar 10 2020 , 17:49:07)
Copyright (C) 2010 by Meika Sugimoto
Copyright (C) 2010 by Naoki Saito
            Nagoya Municipal Industrial Research Institute, JAPAN

System logging task is started on port 1.
Sample program starts.
#act_tsk(1)
task1 is running (001).   |
task1 is running (002).   |
task1 is running (003).   |
task1 is running (004).   |

(3-2) 実行終了

QEMUを終了するには,Ctrl-c を押します.

# (Ctrl-c を押す)
qemu-system-aarch64: terminating on signal 2
saito@3b8b7cd91353:~/workdir/ssp/build$ 

コンテナのシェルを抜ける場合は exit を実行します.

(3-3) シェルを終了する

saito@3b8b7cd91353:~/workdir/ssp/build$ exit
ログアウト
$ 

再度シェルを起動する場合は ./start_shell.sh を実行します.

# 再度シェルを立ち上げる(引数を忘れない)
$ ./start_shell.sh ubuntu-focal
specified service: ubuntu-focal
ssprpi3b_ubuntu-focal_1 is up-to-date
saito@3b8b7cd91353:~$ 

注意事項

  • SSP-1.3.0 のパッケージに含まれるファイルの文字コードは EUC-JP でしたが,Ruby版コンフィギュレータを使用するために UTF-8 に変換しています.したがってファイルを追加,編集する場合は UTF-8 を使用してください.
  • Windows版のgitで core.autocrlf が true に設定されている場合,シェルスクリプトの実行に失敗することがあるようです.その場合は git config コマンドで core.autocrlffalse に設定してみてください.

謝辞

本実装に関しては以下の実装を参考にさせていただきました.

カーネルコードを提供してくださっているTOPPERSプロジェクトおよびその関係者に感謝します。

Last modified 23 months ago Last modified on Mar 10, 2020, 6:02:08 PM
Note: See TracWiki for help on using the wiki.