【RA8D1試用活動(dòng)】RA8D1B-CPKCOR開發(fā)板移植linux

作者： xhackerustc@21ic

國慶前有一塊RA生態(tài)工作室出品的RA8D1B-CPKCOR開發(fā)板到了，主控瑞薩RA8D1B MCU，基于Arm Cortex-M85，支持Helium 和 TrustZone，CPU頻率高達(dá)480MHZ。似乎是世界第一款使用Cortex-M85的MCU？RA8D1集成2MB flash和1MB的SRAM，I/D-cache 32KB。集成一堆豐富外設(shè)主控，比如usb、eth、i2c、i3c、spi、sdhci、ospi、canfd、MIPI-DSI、CEU攝像頭、2D圖形、TFT顯示控制等等，MCU功能已經(jīng)非常強(qiáng)大。更有意思的是RA8D1B-CPKCOR板載了32MB SDRAM，16MB的QSPI flash，看到這些尤其是32MB的SDRAM筆者覺得這板子足夠跑linux系統(tǒng)了，雖然Cortex-M85無MMU，但主線linux早已經(jīng)支持NOMMU了。要說生態(tài)沒有哪個(gè)RTOS能和linux比生態(tài)，在不要求硬實(shí)時(shí)的應(yīng)用場景中利用linux系統(tǒng)的豐富生態(tài)能大大降低軟件工作量。一個(gè)復(fù)雜MCU平臺(tái)的軟件工作量非常大，特別是集成M7、M85這樣高性能的core（M7 coremark/MHZ超過A7）的MCU，外設(shè)通常也是比較豐富的，大多數(shù)系統(tǒng)還板載了SDRAM或PSRAM，如果再以裸機(jī)思維去做軟件，軟件復(fù)雜度大到不可想象。

那咱們就開始RA8D1B移植linux的旅程了：

初始化sdram，其實(shí)RA生態(tài)工作室其實(shí)做好了，直接把他們的board_sdram.c和board_sdram.h拷貝過來即可。這一步最好做下內(nèi)存讀寫的壓力測試，我沒用他們的測試code，自己寫了一份，為啥呢：linux下讀寫內(nèi)存1字節(jié)、2字節(jié)、4字節(jié)都可能的，我想都測到，測試代碼如下：

#define SDRAM_BASE_ADDRESS (0x68000000U) static void sdram_test(void) { int i; uint32_t addr; uint32_t t1; uint8_t testbuf[64]; void *p = (void *)SDRAM_BASE_ADDRESS; APP_PRINT("Writing SDRAM...\n"); printf("Writing SDRAM...\n"); for (addr = 0; addr < 32 * 1024 * 1024; ++addr) { uint8_t data = addr & 0xff; *(uint8_t *)(p + addr) = data; } APP_PRINT("Reading SDRAM...\n"); printf("Reading SDRAM...\n"); for (addr = 0; addr < 32 * 1024 * 1024; ++addr) { uint8_t data, expected; expected = addr & 0xff; data = *(uint8_t *)(p + addr); if (data != expected) APP_PRINT("SDRAM 8bit read failed at %lx (%x != %x)\n", addr, data, expected); } APP_PRINT("SDRAM 8bit read pass.\n"); printf("SDRAM 8bit read pass.\n"); for (addr = 0; addr < 32 * 1024 * 1024; addr += 2) { uint16_t data, expected; expected = (((addr + 1) & 0xff) << 8) | (addr & 0xff); data = *(uint16_t *)(p + addr); if (data != expected) APP_PRINT("SDRAM 16bit read failed at %lx (%x != %x)\n", addr, data, expected); } APP_PRINT("SDRAM 16bit read pass.\n"); printf("SDRAM 16bit read pass.\n"); for (addr = 0; addr < 32 * 1024 * 1024; addr += 4) { uint32_t data, expected; expected = (((addr + 3) & 0xff) << 24) | (((addr + 2) & 0xff) << 16) | (((addr + 1) & 0xff) << 8) | (addr & 0xff); data = *(uint32_t *)(p + addr); if (data != expected) APP_PRINT("SDRAM 32bit read failed at %lx (%lx != %lx)\n", addr, data, expected); } APP_PRINT("SDRAM 32bit read pass.\n"); printf("SDRAM 32bit read pass.\n"); memset(testbuf, 0x5a, sizeof(testbuf)); DWT_init(); t1 = DWT_get_count(); for (i = 0; i < 10000; ++i) { memcpy(p, testbuf, 64); } t1 = DWT_get_count() - t1; t1 = DWT_count_to_us(t1); t1 /= 1000; APP_PRINT("SDRAM write speed: %ld B/s.\n", 64 * 10000 * 1000 / t1); printf("SDRAM write speed: %ld B/s.\n", 64 * 10000 * 1000 / t1); t1 = DWT_get_count(); for (i = 0; i < 10000; ++i) { memcpy(testbuf, p, 64); } t1 = DWT_get_count() - t1; t1 = DWT_count_to_us(t1); t1 /= 1000; APP_PRINT("SDRAM read speed: %ld B/s.\n", 64 * 10000 * 1000 / t1); printf("SDRAM read speed: %ld B/s.\n", 64 * 10000 * 1000 / t1); for (;;) { APP_PRINT("SDRAM test done\n"); printf("SDRAM test done\n"); __WFI(); } }

這一步其實(shí)還有用FSP配置并生成項(xiàng)目工程，本人因習(xí)慣于Linux下開發(fā)，所以生成的是CMake工程。這一步網(wǎng)上測評(píng)很多鋪天蓋地，且FSP使用并非本次主目標(biāo)，這里不再贅述。

加載內(nèi)核image、dtb等可以從sd卡加載也可以從flash上加載，但bootloader不是本次主目標(biāo)，能否偷懶呢？不要忘記板載的jlink，完全可以用jlink把內(nèi)核image和dtb加載到SDRAM指定位置，jlink加載命令語法如下：

loadfile FILE address noreset

比如

loadfile /tmp/Image.bin 0x68008000 noreset

noreset意思是只加載后不要reset目標(biāo)板，jlink loadfile默認(rèn)是reset的。

加載解決了，跳轉(zhuǎn)內(nèi)核入口呢？easy，使用jlink的wreg命令即可，語法如下：

wreg rN value

建議segger這里做下簡單更新，方便用戶，畢竟打雙引號(hào)再空格再括號(hào)相當(dāng)繁瑣。

32位arm對(duì)每款cpu都有一個(gè)所謂proc_info的結(jié)構(gòu)體，成員包含cpu setup函數(shù)，cache操作函數(shù)，hwcaps變量等等，cortex-m85呢筆者做這個(gè)事情的時(shí)候主線linux中還沒有這個(gè)結(jié)構(gòu)體。經(jīng)閱讀cortex-m85 TRM可以知道就上述操作函數(shù)等來講它和cortex-m55是兼容的，所以筆者打了個(gè)補(bǔ)丁如下：

--- a/arch/arm/mm/proc-v7m.S +++ b/arch/arm/mm/proc-v7m.S @[url=home.php?mod=space&uid=72445]@[/url] -194,6 +194,16 @[url=home.php?mod=space&uid=72445]@[/url] ENDPROC(__v7m_setup) .long \cache_fns .endm + /* + * Match ARM Cortex-M85 processor. + */ + .type __v7m_cm85_proc_info, #object +__v7m_cm85_proc_info: + .long 0x410fd230 /* ARM Cortex-M85 0xD23 */ + .long 0xff0ffff0 /* Mask off revision, patch release */ + __v7m_proc __v7m_cm85_proc_info, __v7m_cm7_setup, hwcaps = HWCAP_EDSP, cache_fns = v7m_cache_fns, proc_fns = cm7_processor_functions + .size __v7m_cm85_proc_info, . - __v7m_cm85_proc_info + /* * Match ARM Cortex-M55 processor. */

+++ b/arch/arm/include/asm/v7m.h @[url=home.php?mod=space&uid=72445]@[/url] -51,6 +51,7 @@ */ #define EXC_RET_STACK_MASK 0x00000004 #define EXC_RET_THREADMODE_PROCESSSTACK (3 << 2) +#define EXC_RET_FTYPE (1 << 4) /* Cache related definitions */ diff --git a/arch/arm/mm/proc-v7m.S b/arch/arm/mm/proc-v7m.S index ed7781c84341..fdae077d2654 100644 --- a/arch/arm/mm/proc-v7m.S +++ b/arch/arm/mm/proc-v7m.S @[url=home.php?mod=space&uid=72445]@[/url] -138,6 +138,7 @[url=home.php?mod=space&uid=72445]@[/url] __v7m_setup_cont: 1: cpsid i /* Calculate exc_ret */ orr r10, lr, #EXC_RET_THREADMODE_PROCESSSTACK + orr r10, #EXC_RET_FTYPE ldmia sp, {r0-r3, r12} str r5, [r12, #11 * 4] @ restore the original SVC vector entry mov lr, r6 @ restore LR

linux系統(tǒng)必有至少一個(gè)clockevent提供心跳中斷，一個(gè)clocksource提供計(jì)時(shí)。其中clockevent必須的，clocksource可以由內(nèi)核的jiffies代替，詳細(xì)筆者就不贅述了，因?yàn)榍扒昂蠛笾v清楚它們可以長篇大論寫兩三篇大文章，linux內(nèi)核這塊其實(shí)還蠻復(fù)雜的，但對(duì)clockevent和clocksource驅(qū)動(dòng)要提供的接口來說變簡單了，以后有機(jī)會(huì)再寫吧。對(duì)應(yīng)到MCU來說，其實(shí)就是timer嘛，RA8D1B里集成的timer多的是，各種口味的都有。對(duì)著RA8D1B的手冊(cè)寫clockevent/clocksource驅(qū)動(dòng)難度不大，但是，筆者這次想換個(gè)**，咱能不能利用arm自由的資源呢？我們知道arm M類cpu都有一個(gè)systick且支持中斷，所以理論上可以把它抽象成一個(gè)clockevent的。目前l(fā)inux內(nèi)核主線中把這個(gè)systick當(dāng)clocksource用的，不支持clockevent，它的代碼在drivers /clocksource /armv7m _ systick.c。咱給它改造改造整個(gè)容，經(jīng)筆者整容之后的armv7m _ systick.c眉清目秀，盤亮條順。

要看基本linux啟動(dòng)成功可用，最簡單的還是一個(gè)tty console。console用uart做比較簡單，這個(gè)RA8D1B里也有好幾個(gè)uart，而且特性豐富功能強(qiáng)大，而且似乎內(nèi)核中有一個(gè)同出一門眾芯片的串口驅(qū)動(dòng)drivers/tty/serial/sh-sci.c，但似乎寄存器不是太一致，所以接下來咱就對(duì)著手冊(cè)改寫串口驅(qū)動(dòng)嗎？NoNoNo，一般來說特性豐富功能強(qiáng)大就暗示著還是蠻復(fù)雜的，不信你去讀一讀sh-sci.c，咱能否粗糙猛方式搞定linux呢？咱又看上jlink了，它不是有個(gè)RTT (Real Time Terminal)么，既然號(hào)稱Real Time Terminal，代替?zhèn)€串口做console那是小菜一碟阿。但是Segger的RTT代碼不能直接用，因?yàn)镾DRAM有32MB，這么大空間都搜一遍么？而且別忘記Cortex-M85是可以帶有D-cache的，恰好RA8D1B里的這個(gè)M85就配置了D-Cache, linux肯定開啟cache了，RTT代碼注釋和文檔里對(duì)使能了cache這塊其實(shí)有很多的說明。筆者這>里換了一個(gè)思路，不要用SDRAM而是SRAM阿或者DTCM一部分來做RTT控制塊，DTCM是不經(jīng)cache的。另外為了通用性，咱們這里還需要使用DT(Device Tree)技術(shù)而不是hardcoding來設(shè)置RTT控制塊的地址，然后通過如下命令告訴jlink到哪里去找RTT控制塊：

exec SetRTTAddr 0x20000000

最后根據(jù)MCU和板級(jí)具體情況做個(gè)簡單的dts，主要就是告訴SDRAM起始地址阿大小阿什么的，還有上面說的rtt的設(shè)備節(jié)點(diǎn)。

至此，linux內(nèi)核層的事情搞定了，咱來搞定linux用戶層。

buildroot對(duì)NOMMU Linux支持得非常好，基本是拿來就用，buildroot使用方法網(wǎng)上也是很多的，前后>講完也是很費(fèi)時(shí)的，這里筆者也不多著筆墨了，因?yàn)閘inux userspace也不是主要目標(biāo)。這個(gè)步驟的輸>出是一個(gè)用busybox做的簡單rootfs，可以在內(nèi)核編譯時(shí)builtin進(jìn)去省去加載initrd/rootfs的過程。

上述dts編譯成一個(gè)dtb，重命名為dtb.bin，內(nèi)核（帶rootfs builtin）編譯成一個(gè)Image，重命名為Image.bin。

板子上電，燒錄前面講的bootloader，重啟板子，運(yùn)行jlink掛上去，運(yùn)行如下命令：

halt exec SetRTTAddr 0x20000000 loadfile /tmp/Image.bin 0x68008000 noreset loadfile /tmp/dtb.bin 0x68004000 noreset wreg "R15 (PC)" 0x68008001 wreg r0 0 wreg r2 0x68004000 go

第一個(gè)命令停止cpu，第二個(gè)命令是告訴jlink RTT控制塊地址，后面是加載內(nèi)核Image和跳轉(zhuǎn)內(nèi)核入口，至于為啥這么設(shè)置請(qǐng)參考arm linux內(nèi)核啟動(dòng)協(xié)議，網(wǎng)上很多，筆者不再贅述了。

再起一個(gè)shell運(yùn)行如下命令獲得RA8D1B的linux shell

telnet 127.0.0.1 19021

最后運(yùn)行NOMMU Linux的視頻供參考: