前回 はOpenSBIの移植を行った。 今回はOpenSBIの実装を読んでいこうと思う。 アセンブリはあまり読みたくないので、できるかぎり飛ばしていく。
firmware/fw_base.Sが基本となっており、ファームウェアのタイプによってfirmware/fw_payload.Sやfirmware/fw_dynamic.S、firmware/fw_jump.Sが
使われる。
今回は、FW\_PAYLOADにてLinux kernelをPAYLOADとして指定する。
リンカスクリプト
firmware/fw_base.ldS
ちなみに、ldSはプリプロセッサにかけられる。
以下に抜粋する。
. = FW_TEXT_START;
PROVIDE(_fw_start = .);
. = ALIGN(0x1000);
.text :
{
PROVIDE(_text_start = .);
*(.entry)
*(.text)
. = ALIGN(8);
PROVIDE(_text_end = .);
}
. = ALIGN(0x1000);
.rodata :
{
PROVIDE(_rodata_start = .);
*(.rodata .rodata.*)
. = ALIGN(8);
PROVIDE(_rodata_end = .);
}
. = ALIGN(0x1000);
.data :
{
PROVIDE(_data_start = .);
*(.sdata)
*(.sdata.*)
*(.data)
*(.data.*)
*(.readmostly.data)
*(*.data)
. = ALIGN(8);
PROVIDE(_data_end = .);
}
. = ALIGN(0x1000);
.bss :
{
PROVIDE(_bss_start = .);
*(.sbss)
*(.sbss.*)
*(.bss)
*(.bss.*)
. = ALIGN(8);
PROVIDE(_bss_end = .);
}
. = ALIGN(0x1000);
PROVIDE(_fw_end = .);
リンカスクリプトをもとに、メモリマップを作成。
OpenSBIの実態はFW_TEXT_STARTで指定したアドレスから始まる。
fw_base.S
エントリーポイントは_startである。
_start:
/* a0, a1, a2は前段のブートローダーからの情報を保持しているはず。 */
/* レジスタを退避(s0, s1, s2) <- (a0, a1, a2) */
MOV_3R s0, a0, s1, a1, s2, a2
/* a0, a1, a2が使える */
call fw_boot_hart /* fw_payload.S(FW_PAYLOADを仮定) */
/* a0 <- -1 */
add a6, a0, zero /* a6 <- -1 + 0 */
/* レジスタを復帰(a0, a1, a2) <- (s0, s1, s2) */
MOV_3R a0, s0, a1, s1, a2, s2
li a7, -1 /* a7 <- -1 */
beq a6, a7, _try_lottery /* always taken with this code */
bne a0, a6, _wait_relocate_copy_done
_try_lottery:
la a6, _relocate_lottery /* symbol in bss section (inited to zero) */
li a7, 1
amoadd.w a6, a7, (a6) /* a6 <- *(a6), *(a6) <- a7 */
/* 一番最初に_relocate_lottery番地から0を読み出したhartがブートhartになる。*/
bnez a6, _wait_relocate_copy_done /* それ以外のhartはboot hartが終わるのを待つ */
...
fw_payload.S
fw_boot_hart:
li a0, -1
ret
_relocate
fw_base.S続きload address != link addressのときに、relocateを行う。
例えば、load address = 0x00000000、link address = 0x80000000を考える。\
- リンク時
_start = 0x80000000_fw_start = 0x80000000
- ロード時
_start = 0x00000000_fw_start = 0x00000000
_link_start, _load_startは_fw_start自体の値を持っているため、リンク時の_fw_start = 0x80000000となる。la命令を用いたアドレス生成はauipc, addペアでPC-Relativeでアドレス生成がされるので、実行時のロードアドレスになる。
la t0, _load_start /* t0 <- _load_start */
la t1, _start /* load address (PC-Relative)*/
REG_S t1, 0(t0) /* *(_load_start) <- _start */
_relocate:
la t0, _link_start /* t0 <- _link_start */
REG_L t0, 0(t0) /* t0 <- 0x80000000(_fw_start) */
la t1, _link_end /* t1 <- _link_end */
REG_L t1, 0(t1) /* t1 <- _fw_reloc_end(Link Address) */
la t2, _load_start /* t2 <- _load_start */
REG_L t2, 0(t2) /* t2 <- _0x00000000(_start) */
/* calc size in bytes */
sub t3, t1, t0 /* t3 <- _fw_reloc_end(Link Address) - _fw_start(Link Address)*/
/* calc load_end */
add t3, t3, t2 /* t3 <- t3 + _start(Load Address) */
beq t0, t2, _relocate_done /* if link address == load address, then _relocate_done */
la t4, _relocate_done
sub t4, t4, t2 /* offset of _relocate_done from _start(load address) */
add t4, t4, t0 /* link address of _relocate_done */
/* if load address < link address then _relocate_copy_to_upper */
blt t2, t0, _relocate_copy_to_upper
_relocate_copy_to_lower:
ble t1, t2, _relocate_copy_to_lower_loop
la t3, _relocate_lottery
BRANGE t2, t1, t3, _start_hang
la t3, _boot_status
BRANGE t2, t1, t3, _start_hang
la t3, _relocate
la t5, _relocate_done
BRANGE t2, t1, t3, _start_hang
BRANGE t2, t1, t5, _start_hang
BRANGE t3, t5, t2, _start_hang
_relocate_copy_to_lower_loop:
REG_L t3, 0(t2)
REG_S t3, 0(t0)
add t0, t0, __SIZEOF_POINTER__
add t2, t2, __SIZEOF_POINTER__
blt t0, t1, _relocate_copy_to_lower_loop
jr t4
_relocate_copy_to_upper:
/* t3: load end, t0: link start */
/* if t3 <= t0 then _relocate_copy_to_upper_loop */
ble t3, t0, _relocate_copy_to_upper_loop
/* t2 <- _relocate_lottery */
/* _relocate_lottery == number of hart */
la t2, _relocate_lottery
/* if not _link_start <= _relocate_lotttery && _relocate_lottery < _load_end, jump _start_hang*/
BRANGE t0, t3, t2, _start_hang
la t2, _boot_status
/* if not _link_start <= _boot_status && _boot_status < _load_end, jump _start_hang*/
BRANGE t0, t3, t2, _start_hang
la t2, _relocate
la t5, _relocate_done
/* if not _link_start <= _relocate && _relocate < _load_end, jump _start_hang*/
BRANGE t0, t3, t2, _start_hang
/* if not _link_start <= _relocate_done && _relocate_done < _load_end, jump _start_hang*/
BRANGE t0, t3, t5, _start_hang
/* if not _relocate <= _link_start && _link_start < _relocate_done, jump _start_hang*/
BRANGE t2, t5, t0, _start_hang
_relocate_copy_to_upper_loop:
/* t3: load end, t1: fw_reloc_end(link end), t0: link start */
add t3, t3, -__SIZEOF_POINTER__ /* t3 <- load end - 4 */
add t1, t1, -__SIZEOF_POINTER__ /* t1 <- link end - 4*/
REG_L t2, 0(t3) /* t2 <- *(t3) */
REG_S t2, 0(t1) /* *(t1) <- t2 */
blt t0, t1, _relocate_copy_to_upper_loop /* link start < link end */
jr t4 /* link address of _relocate_done */
_wait_relocate_copy_done:
la t0, _start
la t1, _link_start
REG_L t1, 0(t1)
beq t0, t1, _wait_for_boot_hart /* load address == link address */
la t2, _boot_status
la t3, _wait_for_boot_hart
/* relocate load address of _wait_for_boot_hart to link address */
sub t3, t3, t0
add t3, t3, t1
1:
/* waitting for relocate copy done (_boot_status == 1) */
li t4, BOOT_STATUS_RELOCATE_DONE
REG_L t5, 0(t2) /* t2 <- _boot_status */
/* Reduce the bus traffic so that boot hart may proceed faster */
nop
nop
nop
/* t5 <- *(_boot_status); t4 <- BOOT_STATUS_RELOCATE_DONE; */
bgt t4, t5, 1b
jr t3 /* wait_for_boot_hart */
_relocate_done:
/*
* Mark relocate copy done
* Use _boot_status copy relative to the load address
*/
la t0, _boot_status
la t1, _link_start
REG_L t1, 0(t1)
la t2, _load_start
REG_L t2, 0(t2)
sub t0, t0, t1
add t0, t0, t2
li t1, BOOT_STATUS_RELOCATE_DONE
REG_S t1, 0(t0)
fence rw, rw
...
...
_load_start:
RISCV_PTR _fw_start
_link_start:
RISCV_PTR _fw_start
_link_end:
RISCV_PTR _fw_reloc_end
...
今回は、_relocate_doneまでにしておく。
これ以降は、link addressになる。