はじめに

Ultra96-V2には、APUにCortex-A53が4個、RPUにCortex-R5が2個搭載されています。
これまで自分は、RPUは使わず、APUにPetalinux + Ubuntu20.04のシステムをロードして使っていました。
そこで今回、APUからRPUにプログラム(Lチカ)をロードして実行するということをやってみます。

環境・ツール

Petalinux 2020.2
APU ユーザランド: Ubuntu20.04
Xilinx Vitis IDE v2022.2.0 (RPUコア用ベアメタルプログラム開発用)

前提条件

Vivadoで生成したUltra96-V2のハードウェアファイル(.xsa)が用意されている。

RPU用Lチカプログラムの作成

Vitisを起動し、[File -> New -> Application Project...]を選択しプロジェクトを作成。

用意した.xsaファイルを読み込む。

led_blinkという名前でプロジェクトを作る。

Hello Worldのテンプレートを選択。

プロジェクトが生成されたら、helloworld.cを編集。

helloworld.c

#include <stdio.h>
#include "platform.h"
#include "xil_printf.h"
#include "sleep.h"
#include "xgpiops.h"

int main()
{
	init_platform();

	XGpioPs instXGpioPs;
	XGpioPs_Config *configxGpioPs;

	configxGpioPs = XGpioPs_LookupConfig(XPAR_PSU_GPIO_0_DEVICE_ID);
	XGpioPs_CfgInitialize(&instXGpioPs, configxGpioPs, configxGpioPs->BaseAddr);

	XGpioPs_SetDirectionPin(&instXGpioPs, 20, 1);
	XGpioPs_SetDirectionPin(&instXGpioPs, 19, 1);
	XGpioPs_SetDirectionPin(&instXGpioPs, 18, 1);
	XGpioPs_SetDirectionPin(&instXGpioPs, 17, 1);

	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&instXGpioPs, 20, 1);
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&instXGpioPs, 19, 1);
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&instXGpioPs, 18, 1);
	XGpioPs_SetOutputEnablePin(&instXGpioPs, 17, 1);

	while(1)
	{
		XGpioPs_WritePin(&instXGpioPs, 20, 1);
		sleep(1);
		XGpioPs_WritePin(&instXGpioPs, 19, 1);
		sleep(1);
		XGpioPs_WritePin(&instXGpioPs, 18, 1);
		sleep(1);
		XGpioPs_WritePin(&instXGpioPs, 17, 1);
		sleep(1);

		XGpioPs_WritePin(&instXGpioPs, 17, 0);
		sleep(1);
		XGpioPs_WritePin(&instXGpioPs, 18, 0);
		sleep(1);
		XGpioPs_WritePin(&instXGpioPs, 19, 0);
		sleep(1);
		XGpioPs_WritePin(&instXGpioPs, 20, 0);
		sleep(1);
	}
}

次に、アプリケーション用にDDRメモリを予約するために、lscript.ldファイルのメモリレジスタを更新する。
psu_r5_ddr_0_MEM_0の値を以下のように編集。

[Project -> Buuild Project]を実行。
ビルドが成功すると、led_blink.elfが生成される。

Petalinux側の対応

PetalinuxにLチカファームウェアを追加するレシピを作成

Petlinux アプリケーションレシピを作成する

$ cd {Petalinux Project Path}
$ petalinux-create -t apps --template install -n led-blink --enable

Vitisで作成したled_blink.elfをproject-spec/meta-user/recipes-apps/led-blink/files/ 以下にコピーする。

また、led-blink.bbを以下のように編集。

led-blink.bb

#
# This file is the led-blink recipe.
#

SUMMARY = "Simple led-blink application"
SECTION = "PETALINUX/apps"
LICENSE = "MIT"
LIC_FILES_CHKSUM = "file://${COMMON_LICENSE_DIR}/MIT;md5=0835ade698e0bcf8506ecda2f7b4f302"

SRC_URI = "file://led_blink.elf \
	"

S = "${WORKDIR}"
INSANE_SKIP_${PN} = "arch"

FILES_${PN} += "/lib/firmware/"

do_install() {
	install -d ${D}/lib/firmware
	install -m 0644 ${S}/led_blink.elf ${D}/lib/firmware/led_blink.elf
}

Device Treeの修正

続いて、project-spec/meta-user/recipes-bsp/device-tree/files/system-user.dtsiに以下を記述。

system-user.dtsi

/ {
    reserved-memory {
        #address-cells = <2>;
        #size-cells = <2>;
        ranges;
        rpu0vdev0vring0: rpu0vdev0vring0@3ed40000 {
            no-map;
            reg = <0x0 0x3ed40000 0x0 0x4000>;
        };
        rpu0vdev0vring1: rpu0vdev0vring1@3ed44000 {
            no-map;
            reg = <0x0 0x3ed44000 0x0 0x4000>;
        };
        rpu0vdev0buffer: rpu0vdev0buffer@3ed48000 {
            no-map;
            reg = <0x0 0x3ed48000 0x0 0x100000>;
        };
        rproc_0_reserved: rproc@3ed00000 {
            no-map;
            reg = <0x0 0x3ed00000 0x0 0x40000>; // Vitisで指定したのと同じ領域
        };
    };

    zynqmp-rpu {
        compatible = "xlnx,zynqmp-r5-remoteproc-1.0";
        #address-cells = <2>;
        #size-cells = <2>;
        ranges;
        core_conf = "split";
        reg = <0x0 0xFF9A0000 0x0 0x10000>;
        r5_0: r5@0 {
            #address-cells = <2>;
            #size-cells = <2>;
            ranges;
            memory-region = <&rproc_0_reserved>, <&rpu0vdev0buffer>, <&rpu0vdev0vring0>, <&rpu0vdev0vring1>;
            pnode-id = <0x7>;
            mboxes = <&ipi_mailbox_rpu0 0>, <&ipi_mailbox_rpu0 1>;
            mbox-names = "tx", "rx";
            tcm_0_a: tcm_0@0 {
                reg = <0x0 0xFFE00000 0x0 0x10000>;
                pnode-id = <0xf>;
            };
            tcm_0_b: tcm_0@1 {
                reg = <0x0 0xFFE20000 0x0 0x10000>;
                pnode-id = <0x10>;
            };
        };
    };

    zynqmp_ipi1 {
        compatible = "xlnx,zynqmp-ipi-mailbox";
        interrupt-parent = <&gic>;
        interrupts = <0 29 4>;
        xlnx,ipi-id = <7>;
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        ranges;
        /* APU<->RPU0 IPI mailbox controller */
        ipi_mailbox_rpu0: mailbox@ff90000 {
            reg = <0xff990600 0x20>,
                  <0xff990620 0x20>,
                  <0xff9900c0 0x20>,
                  <0xff9900e0 0x20>;
            reg-names = "local_request_region",
                        "local_response_region",
                        "remote_request_region",
                        "remote_response_region";
            #mbox-cells = <1>;
            xlnx,ipi-id = <1>;
        };
    };
};

Kernel configurationの確認

$ petalinux-config -c kernel

・Device Drivers --->
Remoteproc drivers --->
<*> Support for Remote Processor subsystem
<M> ZynqMP_r5 remoteproc support

rootfsの設定

$ petalinux-config -c rootfs

apps ---> led-blink [*]
Filesystem Packages ---> misc ---> sysfsutils ---> libsysfs [*]
Filesystem Packages ---> libs ---> libmetal ---> libmetal [*]
Petalinux Package Groups ---> packagegroup-petalinux-openamp ---> packagegroup-petalinux-openamp [*]

テスト用アプリも有効化しておく。

Filesystem Packages ---> misc ---> openamp-fw-echo-testd ---> openamp-fw-echo-testd [*]
Filesystem Packages ---> misc ---> openamp-fw-mat-muld ---> openamp-fw-mat-muld [*]
Filesystem Packages ---> misc ---> openamp-fw-rpc-demo ---> openamp-fw-rpc-demo [*]

Petalinuxのビルドとimageの作成

$ petalinux-build

$  petalinux-package --boot --fsbl images/linux/zynqmp_fsbl.elf --pmufw images/linux/pmufw.elf --fpga images/linux/system.bit --u-boot --force

Ultra96-V2上での実行

$ lsmod
zynqmp_r5_remoteproc    20480  0

$ cd /lib/firmware

$ echo led_blink.elf > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/firmware
$ echo start > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/state

これで、自作したLチカプログラムをRPUコアにロードし、実行することができた。
プログラムの停止は以下のようにする。

$ echo stop > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/state

テスト用アプリの実行

ついでにテスト用アプリも動かしてみる。

$ echo image_echo_test > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/firmware
$ echo start > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/state
$ echo_test
$ echo stop > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/state

$ echo image_matrix_multiply > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/firmware
$ echo start > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/state
$ mat_mul_demo
$ echo stop > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/state

参考URL