主流CPU架構全適配 OpenCloudOS源社區內核新增RISC-V架構支持

OCKS目前已實(shí)現對主流CPU架構的全適配。

近日，OpenCloudOS 社區推出 OpenCloudOS Kernel Stream （以下簡(jiǎn)稱(chēng)為 OCKS） 2207.2 內核版本，新版本中增加了對 RISC-V 64 架構的支持。這也意味著(zhù)，OCKS目前已實(shí)現對主流CPU架構的全適配。

作為新一代開(kāi)源精簡(jiǎn)指令集（RISC）架構，近年來(lái)RISC-V在半導體領(lǐng)域備受關(guān)注。得益于其完全開(kāi)放、免費授權、低成本研發(fā)、精簡(jiǎn)靈活等特性，RISC-V生態(tài)正逐漸起步，也被視為繼x86、Arm后的第三大CPU架構。

OpenCloudOS 是由操作系統、云平臺、軟硬件廠(chǎng)商與開(kāi)發(fā)者等共同倡議發(fā)起的全鏈路國產(chǎn)化開(kāi)源操作系統，沉淀了騰訊及多家廠(chǎng)商在技術(shù)和開(kāi)源生態(tài)方面的優(yōu)勢。自社區成立以來(lái)，OpenCloudOS 一直在積極建設硬件及芯片支持生態(tài)。其中，適配國產(chǎn)“芯”的RSIC-V架構，從一開(kāi)始就列為 OpenCloudOS 硬件支持計劃中的重點(diǎn)項目。

在保持了 L1 （源社區）項目的上游即時(shí)性與友好性的同時(shí)，OCKS 在 5.18 內核版本基礎上，對上游所欠缺的一些最新的 RISC-V 平臺特性增加了適配和支持。其中，OCKS 特別對 StarFive VisionFive 開(kāi)發(fā)板進(jìn)行了測試適配，從而讓 OpenCloudOS 社區在提供穩定而可靠的企業(yè)級內核的同時(shí)，更可以支持體驗到最新的業(yè)界開(kāi)源硬件。

技術(shù)實(shí)現細節如下

驗證環(huán)境

硬件環(huán)境：VisionFive RISC-V 開(kāi)發(fā)板

VisionFive 開(kāi)發(fā)板是一塊高性?xún)r(jià)比的，支持 Linux 系統的 RISC-V 單板計算機。SoC 為 JH7100 芯片，提供了雙核 64 位 1.5 GHz RISC-V CPU，2MB 二級緩存，并帶有深度學(xué)習處理引擎及圖像視頻處理系統，為 RISC-V 開(kāi)源架構生態(tài)提供了更高的水平開(kāi)發(fā)套件，讓開(kāi)發(fā)者得到更大的自由及更強的能力去創(chuàng )新和設計行業(yè)領(lǐng)先的解決方案。

軟件環(huán)境：OCKS 2207，Fedora 33 RISC-V版 runtime，GCC 12

VisionFive 官方鏡像目前以 Fedora 33 為基礎，官方默認使用下游內核 5.10 作為默認版本進(jìn)行引導。啟動(dòng)過(guò)程為 uboot -> grub2 -> kernel。其中 grub2 會(huì )將 device-tree 與 initramfs 加載并傳遞給內核。

我們使用官方鏡像為基礎，并使用上游 GCC 12 進(jìn)行交叉編譯，進(jìn)行了 OCKS 2207 的編譯與運行測試。

適配步驟

1、OCKS 2207對 RISC-V 的適配

OpcnCloudOS Kernel Stream 在發(fā)布之初，便為多架構、多平臺支持而進(jìn)行了構建與發(fā)布系統的優(yōu)化設計。在經(jīng)過(guò)了第一個(gè)版本的沉淀與積累后，我們正式將 OpenCloudOS Stream 2207 的支持拓展到 RISC-V 架構。從而使得 OCKS 同時(shí)支持三大架構：x86_64，aarch64，RISC-V64。

在 2207.2 中，OpenCloudOS Kernel Stream 在上游軟件基礎上，增加了針對 RISC-V 架構進(jìn)行發(fā)布和構建，以及功能支持的相關(guān)代碼。針對 StarFive 開(kāi)發(fā)板，我們進(jìn)行了大量適配工作，增加板級支持，對硬件驅動(dòng)等，進(jìn)行了實(shí)際驗證和測試。同時(shí)最大程度保持了代碼的一致性，在同源的基礎上，異構地發(fā)布多個(gè)不同軟件包，保持了上游友好的管理風(fēng)格，易于維護的代碼結構，以及良好的下游支持。

同時(shí)為了緩解資源緊張與加速迭代，我們的構建系統提供了完成的開(kāi)箱即用式交叉編譯支持，可以異構地進(jìn)行版本發(fā)布，管理，kABI 驗證，RPM 打包等過(guò)程，將開(kāi)發(fā)，維護，學(xué)習成本降到最低。

技術(shù)細節

OCKS 2207 現在可以通過(guò)單一入口，控制 ARCH 參數來(lái)生成不同架構對應的 RPM 包。并且在進(jìn)行異構構建的時(shí)候，自動(dòng)切換為交叉編譯模式。

OCKS 2207 構建 RISC V 版本內核只需在 Kernel Repo 中調用如下命令即可：

make dist-rpm ARCH=RISC-V64

生成的 RPM 包默認包含所有支持設備的 device tree，vmlinuz，調試信息等，和普通編譯基本無(wú)異。

2、在 VisionFive RISC-V 開(kāi)發(fā)板上使用 OCKS 內核

OCKS 針對 RISC-V 會(huì )發(fā)布標準的 RPM 包裹。其中內核會(huì )安裝到標準的路徑中，并且將 Device Tree 與內核捆綁在一起發(fā)布。

VisionFive 官方提供了 基于 Fedora 的系統鏡像。OCKS 便是在此基礎上進(jìn)行了測試與適配。

若要體驗 OCKS，在官方 Fedora 鏡像基礎上安裝 OCKS RPM 包，并對 bootloader 進(jìn)行手動(dòng)配置即可。OCKS 安裝路徑均為標準路徑。

由于不同開(kāi)發(fā)板并沒(méi)有十分統一的啟動(dòng)引導機制，在內核安裝后，用戶(hù)需要手動(dòng)配置引導選項。

技術(shù)細節

OCKS 2207 由兩個(gè)包組成，kernel-core 與 kernel-modules。開(kāi)發(fā)板作為物理邊緣設備，需要安裝兩個(gè)包。OCKS 2207 安裝后會(huì )在 /boot 下生成對應的 kernel vmlinuz 與 initramfs。與官方內核一樣，用戶(hù)需要手動(dòng)配置 grub.cfg，增加如下引導選項：

menuentry 'OCKS 2207' {

linux /vmlinuz-5.18.15-2207.2.0.ocks

devicetree

initrd /initramfs-5.18.15-2207.2.0.ocks.fc33.img

}

其中 <> 內的內容用戶(hù)需酌情填寫(xiě)。最新的 device tree 也會(huì )在 /usr/lib/modules/5.18.15-2207.2.0.ocks/dtbs 中提供，用戶(hù)可酌情升級。

3、OCKS RISC-V運行效果

在 Starfive 雙核 8G 系統上，OCKS 可以很好的與官方 Fedora 鏡像一起運行，如下：

發(fā)布 OCKS 2207.2，添加針對RISC-V支持

源代碼 Rebase 到上游 5.18.15。

RISC-V 平臺 DMA 相關(guān)功能和兼容性問(wèn)題進(jìn)行補全和修復。

拓展構建系統，支持 RISC-V 架構。

增加 StarFive VisionFive 開(kāi)發(fā)板原生支持。

修復一些潛在的發(fā)行版兼容性問(wèn)題。

OpenCloudOS Stream 2207.2 相關(guān)鏈接

源代碼倉庫：https://gitee.com/OpenCloudOS/OpenCloudOS-Kernel-Stream

RPM Repo：Index of /opencloudos/8/kernel-ocks/2207.2/

RISC-V64版下載地址：Index of /opencloudos/8/kernel-ocks/2207.2/riscv64/

后續規劃

目前 VisionFive 相關(guān)外設的大量驅動(dòng)仍舊在上游討論中，我們暫時(shí)使用了 StarFive 的下游版本。我們會(huì )持續跟蹤其上游動(dòng)向，及時(shí)同步相關(guān)組件代碼。

對于 RISC-V 整體架構框架，上游成熟度也并不高，其中很多細節仍舊需要上游的打磨和開(kāi)發(fā)。我們采用了保留最大兼容的模式適配了 VisionFive 開(kāi)發(fā)板。待上游有進(jìn)一步進(jìn)展后，我們會(huì )在 rebase 時(shí)對現有相關(guān)下游代碼進(jìn)行整理，清理，保持和上游一致。

同時(shí) RISC-V 和其它更多架構生態(tài)也在持續豐富中，通過(guò)對 RISC-V 進(jìn)行適配，也更進(jìn)一步驗證了 OCKS 的跨架構進(jìn)行開(kāi)發(fā)，發(fā)布，構建的系統潛力。日后會(huì )對更多架構和硬件提供支持。

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