2017-11-03

XV6の入出力

inb, outb

◆入出力の方法

CPU が持つ入出力命令を使うもの。どのデバイスをアクセスするかは、ポート番号で指定する。
通常のメモリアクセスの命令を使うもの(memory mapped I/O)。どのデバイスをアクセスするかは、番地で指定する。

x86ではポートマップドのIN, OUT命令セットが存在する。

Linux における入出力命令を使った入出力は、inb() と outb() で行われる。

outb(unsigned char value, int port)
  ポート番号 port に 1 バイトの value を出力する

unsigned char inb(int port)
  ポート番号 port から 1 バイトの value を入力してその値を返す

x86では、IDEやUARTはinbやoutb命令で操作できるが(つまりポートマップドI/O)、MIPSやRISC-Vではそうはいかない。メモリマップに、これらのモジュールを定義しておかなければならない。 http://msyksphinz.hatenablog.com/?page=1461085200

xv6

オリジナル (port-mapped I/O)

/uart.c

void
uartputc(int c)
{
  int i;

  if(!uart)
    return;
  for(i = 0; i < 128 && !(inb(COM1+5) & 0x20); i++)
    microdelay(10);
  outb(COM1+0, c);
}

/mips.h

static inline void
outb(ushort port, uchar data)
{
  asm volatile("out %0,%1" : : "a" (data), "d" (port));
}

xv6/uart.c at ff2783442ea2801a4bf6c76f198f36a6e985e7dd · guilleiguaran/xv6 · GitHub

nyuichi/xv6 (memory-mapped I/O)

/uart.c

uartputc(int c)
{
  int i;
  if(!uart)
    return;
  while(*(int*)SERIALWE == 0) microdelay();
  *(int*)SERIAL = c;
}

/memorylayout.c

#define SERIAL     0x80001000

https://github.com/nyuichi/xv6/blob/94d02ecb2b9492365574f2166cf29ce5a170abf5/uart.c#L34

nullpo-head/xv6-mips (memory-mapped I/O)

/uart.c

#define COM1    0x3f8
.....
.....
void
uartputc(int c)
{
  int i;

  if(!uart)
    return;
  for(i = 0; i < 128 && !(inb(COM1+5) & 0x20); i++)
    microdelay(10);
  outb(COM1+0, c);
}

/mips.h

static int io_port_base = 0xb4000000;
.....
.....
static inline void
outb(ushort port, uchar data)
{
  *((uchar *) (io_port_base + port)) = data;
}

GitHub - nullpo-head/xv6-mips: A MIPS port of xv6

呼び出し

console.printf() --> console.consputc(c) --> uart.uartputc(c)
                                         --> uart.cgaputc(c)

uart.cgaputc(c) は、オリジナル以外ではコメントアウト（MIPS） or 削除（GAIA）されている

2017-11-02

WIP ハードウェア資源は足りる？

MIPS/LinuxがDE－10 Liteで動くかという問題

出力：
- VGA, 2*20GPIO（SerialPortがないけど大丈夫？...MIPS/Linuxって標準でどこへ出力すんの？）
メモリ：
- 1,638 Kbit M9K Memory
- 5,888 Kbits user flash memory（こっちにブートローダとかカーネルイメージとか置くっぽい...?SRAMではない？）

特にディスプレイ出力どうするの

ttyとpts

ttyとかptsとかについて確認してみる - Qiita

わかりやすい。

tty - Linuxカーネルメモ

より実装よりの図解とか。

MIPSアーキテクチャ上にLinuxを初期インストールするには「ブートローダ」が重要

bootloader initramfs MIPS

とりあえず、既存のMIPS CPUリポジトリを使ってFPGA実機でLinux動作させようと思ったが...

Q. そもそも、Linux カーネルイメージをFPGA（上のMIPS CPU）に転送しても、どうやって起動（or インストール）するのだろう？

A1. ブートローダが鍵になるっぽい。

x86は起動時にBIOSによってディスクからブートローダをロードし、起動する。
MIPSはROMモニタをフラッシュ領域からロードし、状態を設定する。 (U-boot, YAMON)

xv6のテキストAppendix-B "The Boot Loader" を翻訳しました - FPGA開発日記

パタヘネ本には特にブートシーケンスの説明はなかったから、あくまでプロセッサ側は愚直にProgramCounterに従って命令を実行するのみで、ブートローダ自体はソフトウェア層で実装するもの、という理解。

U-Boot

serial console support
integrated shell alike setup interface
optional password protectection and timeout for acces to setup interface on boot
editable configuration space
downloads software trough tftp servers
flash routines for EEPROMS of misc technology including NANDs
runs test applications directly
boots Linux

U-Boot - LinuxMIPS

http://blog.techlab-xe.net/archives/4208

Linux Boot sequence on MIPS??

Re: Linux Boot sequence on MIPS??

ブートローダもCPUアーキテクチャに依存する

f:id:varmil:20171102213308p:plain

http://www.cqpub.co.jp/interface/sample/200511/if0511_chap1.pdf

YANONやU-BootというのはMIPSアーキテクチャに対応したOSS ブートローダ、といった位置づけだろうか。

initramfsとは

initrd - Wikipedia

第384回 Initramfsのしくみ：Ubuntu Weekly Recipe｜gihyo.jp … 技術評論社

カーネルはブートローダーによって起動されたあと，ルートファイルシステムをマウントするために，サポートしているすべてのディスクデバイスのドライバを持っている必要があります。

しかしながらこのドライバをすべてカーネルに組み込んでしまうと，カーネルが肥大化してしまいます。しかもそのほとんどは，今使っているディスクデバイスでは不要なドライバです。必要なドライバを必要に応じてロードする仕組みとして「カーネルモジュール」がありますが，今度はその「カーネルモジュール」をどこに保存するのかという問題が発生します。当然のことながら，この時点でルートファイルシステムにはアクセスできません。

そこで出てくるのが「Initramfs」という仕組みです。

Ubuntuに限らずほとんどのLinuxディストリビューションでは，「⁠ミニルート」とも呼ばれるメモリ上に展開可能な，小さなサイズのルートファイルシステムを持っています。「Initramfs」は，現在はデスクトップLinuxでもっとも使われているミニルートのファイルフォーマットの1つです