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接下来要做……

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Luo Jia edited this page Dec 22, 2021 · 12 revisions

本篇文章讲述目前的RustSBI HiFive Unmatched中已经完成和仍然需要完成的任务。

在您第一次贡献这个项目时，建议先跟随文档，至少启动过一次RustSBI，然后开始贡献工作。对RustSBI的实现，建议分支（fork按钮）本项目，完成部分功能后，提交Pull Request，项目成员将在检查之后合并。如果RustSBI框架有改进空间，也建议分支和提出合并请求。如果要制作一个新的RustSBI实现，例如为新平台或复杂功能，建议新建仓库，并将RustSBI作为依赖项。

配合前后引导链

目前的U-Boot引导链包含以下的部分：

U-Boot SPL -> RustSBI -> U-Boot -> Linux

RustSBI二进制包处于中间的位置，已经可以被SPL复制到DDR内存中，五个核都能启动并且输出panic信息。接下来，它需要进入下一个引导阶段。

U-Boot路线

解决方案：加载U-Boot镜像，1-4核跳转到U-Boot，0核被SBI HSM停止并待命（参见 #多核管理函数）。这种解决方案和目前的OpenSBI路线是相同的。

需要探索如何将U-Boot加载到需要的内存位置，然后才能跳转到U-Boot并启动。这部分也许需要引入一些设备驱动，或者探索SPL是否也会把U-Boot加入到镜像中。

在RustSBI启动时，SPL将设备树信息传入a1（opaque）寄存器中。读取设备树，发现每个CPU的设备树信息都被加上了u-boot,dm-spl的标记，这个标记的意义有待探索，或许它对启动的过程有影响。

这种方案可以用于引导Linux启动。如果这之后Linux用户要使用小核完成特定地任务，或许可以植入内核模块，使用带参数的启动函数，带一个参数地指定第0个核启动到特定的位置，不过这部分代码也许需要对Linux的内核保护机制有一定的了解。

直接进入路线

这种方案要求0、1-4核都进入下一个分区的操作系统内核，而绕开U-Boot。

下一个阶段的内核直接放在一个磁盘或存储卡分区中，通过某种方式鉴别（可能是SD卡的GUID）。把内核复制到DDR内存中，然后跳转到内核。

如果同时实现直接进入路线和U-Boot路线，或许可以选择先扫描是否存在一个U-Boot镜像，如果有，就尝试进入U-Boot。如果没有，就尝试直接进入内核。

这种方法的引导链较为简便，适用于竞赛、科研用的操作系统内核。目前（2021/12/21）它不适用于Linux，因为Linux暂时不能在0核上直接运行。

其它的SBI扩展

RISC-V SBI的0.3版本包括若干扩展，RustSBI HiFive Unmatched应当尽量实现完整的扩展。

多核管理函数

RustSBI HiFive Unmatched实现了TIMER、IPI扩展，能模拟rdtime指令。它仍然需要实现HSM模块，来完成较完整的多核启动流程。

HSM模块是SBI 0.3规范版本中加入的，预期中它有多种应用场景（详见ppt）。即使Linux系统暂未支持0.3版本（2021/12/21），它仍然对竞赛、科研和其它用途的内核有较大的作用，是SBI实现功能的重要组成部分。

HSM模块实现过程的注意事项：

  • 注意0、1-4核之间的同步操作，详见这篇笔记。如果你在操作同步机构时遇到了非法指令异常，或许需要注意这点。
  • 注意易失性和非易失性暂停的区别。可以使用wfi指令实现非易失性暂停。
  • 单元测试时，需要使用IPI唤醒暂停的核。

电源操作

Unmatched主板具有一片电源管理芯片，它和处理器通过I2C协议通信。使用这块芯片，可以完成SBI扩展要求的电源关机和硬重启功能。I2C通信部分fu740-hal包暂未实现，I2C外设可能已经被SPL启动了，不需要在SBI中再启动一遍，只需要操作相关的寄存器去写I2C命令就可以了。

软重启功能可以参考HSM模块的停止和启动完成，等待所有的核软停止之后，可能需要读取MSEL的值，而后跳转到U-Boot SPL的启动部分。如果软重启不好实现，短期内可使用硬重启代替。

参考社区代码，实现这一功能。社区代码有不完善的地方，需要更好的方法去完善这部分代码，加入RustSBI的具体实现中。

参考Freedom U740芯片的文档。处理器的cease指令在sifive-core包中有包装好的函数，建议直接使用。详细阅读U740芯片关机的流程，它不仅需要使用cease指令，还需要其它的过程。cease指令之后处理器将停机。

一些笔记

cease函数运行后，当前函数占有的空间将未被释放。为了理解这一点，可以将cease函数看成是一条loop {}语句。错误做法：

#[panic_handler]
fn machine_panic(info: &PanicInfo) -> ! {
    HSM.lock().set_cur_hart_state(State::Stopped);
    // 此时HSM.lock()尚未释放
    unsafe { sifive_core::asm::cease() } // 这个函数不会返回，HSM.lock()死锁了
}

正确做法：

#[panic_handler]
fn machine_panic(info: &PanicInfo) -> ! {
    let mut lock = HSM.lock();
    lock.set_cur_hart_state(State::Stopped);
    drop(lock); // 显式释放锁
    unsafe { sifive_core::asm::cease() }
}

测试用内核

其它平台的RustSBI实现拥有一个测试用的内核，它能依次执行SBI功能，来验证SBI实现的正确性。这个内核可以用来做RustSBI的单元测试。

需要执行的功能包括SBI规范定义的模块，以及rdtime指令模拟，和其它一些平台相关的情况。

测试用内核在HiFive Unmatched平台应当和Linux位于相同的存储位置。另一种方案是，直接把测试内核和RustSBI以FIT格式打包并填写到第二个SD卡分区，这种方法在开发SBI实现的时候只需要烧录一次。

中远期规划

自动单元测试

如果HiFive Unmatched主机可以制作成一种用于测试的集群，它将可以帮助RustSBI社区更好地维护项目，提高RustSBI的代码质量，帮助更多厂商过渡到RustSBI技术中。

SSD比SD卡的连接更可靠，集成测试、在线测试环节可用性更好。在项目中远期探索一种SSD上烧录和运行RustSBI和有关项目的方法。

与Oreboot项目结合

Oreboot是一个纯Rust实现的引导程序，它支持的多种平台也包括RISC-V。它的目标就像Coreboot，直接提供一个适用于Linux的启动环境。它的引导步骤十分简单，开机之后Oreboot，然后就直接进入Linux。它将是U-Boot软件强有力的替代品。

因为Oreboot是由Rust实现的，它和OpenSBI假如使用静态链接的方式，对项目的可控性有一定的影响。RustSBI也可以作为一个依赖库，导入到Cargo.toml中，这时就方便Oreboot直接提供SBI环境的实现了。

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