Freedom E300 Arty DevKit でRISCVとZephyr OSを試す #Zephyr

Zephyrは Linux Foundationが開発する IoT向けのリアルタイムOSです。Zephyr OSがRISCVをサポートしたので、Freedom E300 Arty DevKit 上でマルチスレッドのサンプルアプリ、philosophersをARTYのRISCVで動かすまでの手順を紹介します。

作業環境

Host PC (Ubuntu 16.04 64bit)
Xilinx Vivado 2016.2
Arduino 1.8.0
SiFive 1.0.2
Digilent Arty
Olimex JTAG ARM-USB-TINY-H (https://strawberry-linux.com/catalog/items?code=15045)

ARTYにRISCV（Freedom E300 Arty DevKit）を書き込むまでは「Freedom E300 Arty DevKit でRISCVを試す」を参考にしてください。以下はARTY上でRISCVが動いていてArduinoからアプリの実行が出来ている状態からの追加の作業になります。

サンプルアプリのビルドとアップロードまで

ZephyrをGithubからCloneして、環境変数設定。

$ git clone https://github.com/fractalclone/zephyr-riscv.git
$ cd zephyr-riscv
$ source zephyr-env.sh

RISCVのツールチェインを設定。ArduinoでSiFiveのパッケージをインストールしているのでそれを参照させます。ツールチェイン等は .arduino15/packages/sifive/tools/ 以下に展開されていいますが、ディレクトリ名にハッシュ値が使われているため、実際のパスは各自で確認してください。以下は設定例です。

$ export RISCV32_TOOLCHAIN_PATH=~/.arduino15/packages/sifive/tools/riscv32-unknown-elf-gcc/3f7b3696217548bc31aeccf9a0c89bdfa4e16a8f
$ export ZEPHYR_GCC_VARIANT=riscv32

あとはサンプリアプリのコンパイルです。

$ cd samples/philosophers
$ make BOARD=arty_fe310

問題なくコンパイル出来た場合は outdir/arty_fe310 に zephyr.bin、zephyr.elfが生成されます。次にOpenOCDを使ってArtyのSPI Flashにアップロードします。OpenOCDもArduinoのSiFiveパッケージでインストールしたものを使うようにPATHをセットします。

$ export PATH=~/.arduino15/packages/sifive/tools/openocd/9bab0782d313679bb0bfb634e6e87c757b8d5503/bin:$PATH
$ openocd --version
Open On-Chip Debugger 0.10.0-dev-g9bab078 (2017-02-02-01:39)
Licensed under GNU GPL v2
For bug reports, read
  http://openocd.org/doc/doxygen/bugs.html

（パスが長いので）OpenOCD実行スクリプトと、コンフィグを手元にコピーしておきます。

$ cp ~/.arduino15/packages/sifive/hardware/riscv/1.0.2/freedom-e-sdk/bsp/tools/openocd_upload.sh .
$ cp ~/.arduino15/packages/sifive/hardware/riscv/1.0.2/freedom-e-sdk/bsp/env/freedom-e300-arty/openocd.cfg .

アップロード

$ ./openocd_upload.sh outdir/arty_fe310/zephyr.elf openocd.cfg
+ openocd -f openocd.cfg -c 'flash protect 0 64 last off; program outdir/arty_fe310/zephyr.elf verify; resume 0x20400000; exit'
+ tee openocd_upload.log
Open On-Chip Debugger 0.10.0-dev-g193f630 (2017-01-19-14:49)
Licensed under GNU GPL v2
For bug reports, read
    http://openocd.org/doc/doxygen/bugs.html
adapter speed: 10000 kHz
Info : auto-selecting first available session transport "jtag". To override use 'transport select <transport>'.
Info : ftdi: if you experience problems at higher adapter clocks, try the command "ftdi_tdo_sample_edge falling"
Info : clock speed 10000 kHz
Info : JTAG tap: riscv.cpu tap/device found: 0x10e31913 (mfg: 0x489 (<unknown>), part: 0x0e31, ver: 0x1)
Info : Examined RISCV core; XLEN=32, misa=0x40001105
riscv.cpu: target state: halted
halted at 0x20400104 due to debug interrupt
Info : Found flash device 'micron n25q128' (ID 0x0018ba20)
cleared protection for sectors 64 through 255 on flash bank 0
Info : JTAG tap: riscv.cpu tap/device found: 0x10e31913 (mfg: 0x489 (<unknown>), part: 0x0e31, ver: 0x1)
riscv.cpu: target state: halted
halted at 0x404 due to software breakpoint
** Programming Started **
auto erase enabled
riscv.cpu: target state: halted
halted at 0x80000004 due to software breakpoint
riscv.cpu: target state: halted
<SNIP>
wrote 65536 bytes from file outdir/arty_fe310/zephyr.elf in 0.604254s (105.916 KiB/s)
** Programming Finished **
** Verify Started **
Info : dtmcontrol_idle=5, dbus_busy_delay=0, interrupt_high_delay=1
<SNIP>
verified 17472 bytes in 0.147186s (115.925 KiB/s)
** Verified OK **
halted at 0x20400004 due to step

以上でアップロードが終了し ARTYのRISCV上でphilosophersが動いてるはずです。

実行結果

ARTYのシリアルコンソールで動作を確認します。

$ screen /dev /ttyUSB1 115200

下記のような画面が表示されれば成功です。

Philosopher 0 [P: 3]        STARVING       
Philosopher 1 [P: 2]    HOLDING ONE FORK   
Philosopher 2 [P: 1]   EATING  [  400 ms ] 
Philosopher 3 [P: 0]        STARVING       
Philosopher 4 [C:-1]   EATING  [  525 ms ] 
Philosopher 5 [C:-2]    HOLDING ONE FORK   


Demo Description
----------------
An implementation of a solution to the Dining Philosophers
problem (a classic multi-thread synchronization problem).
This particular implementation demonstrates the usage of multiple
preemptible and cooperative threads of differing priorities, as
well as dynamic mutexes and thread sleeping.

参照

Zephyr
- サイト https://www.zephyrproject.org/
- コード https://github.com/fractalclone/zephyr-riscv
RISC-V
- サイト https://riscv.org/
SiFive Freedom E300
- サイト https://www.sifive.com/products/freedom/
- コード https://github.com/sifive/freedom
Digilent Arty
- サイト http://store.digilentinc.com/arty-artix-7-fpga-development-board-for-makers-and-hobbyists/
- 国内購入 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-10034/
Olimex JTAG ARM-USB-TINY-H
- サイト https://www.olimex.com/Products/ARM/JTAG/ARM-USB-TINY-H/
- 国内購入 https://strawberry-linux.com/catalog/items?code=15045
食事する哲学者の問題(Dining Philosophers Problem)
- https://en.wikipedia.org/wiki/Dining_philosophers_problem