浪潮基于RISC-V的linux系統(tǒng)移植方法

馮諾依曼架構(gòu)、處理器市場體系都在受到?jīng)_擊，浪潮的該項專利在RISC-V處理器迅速發(fā)展的背景下，介紹了基于該處理器架構(gòu)的linux系統(tǒng)移植方法。

集微網(wǎng)消息，在全球高新科技蓬勃發(fā)展的大背景下，許多固有的體系不斷受到?jīng)_擊，其中電子與計算機(jī)產(chǎn)業(yè)首當(dāng)其沖。從計算機(jī)指令集架構(gòu)（ISA）的角度看，Arm和x86幾乎占據(jù)了所有的市場，然而隨著摩爾定理走向終結(jié)， AIOT的不斷發(fā)展，計算架構(gòu)的創(chuàng)新被推到了歷史前臺，RISC-V開啟了新一輪開源硬件與芯片設(shè)計的熱潮。

RISC-V(Reduced Instruction Set Computer–FIVE)是一種新興處理器，是基于精簡指令集計算(RISC)原理建立的開放指令集架構(gòu)(ISA)，它是在指令集不斷發(fā)展和成熟的基礎(chǔ)上建立的全新指令，相對于ARM、X86等傳統(tǒng)處理器，RISC-V具有完全開源、高速發(fā)展、易于移植系統(tǒng)、設(shè)計簡單、功耗低、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用，甚至未來將會成為IOT領(lǐng)域的主流計算架構(gòu)。

為使得操作系統(tǒng)能夠在RISC-V上運(yùn)行與調(diào)度資源，需要進(jìn)行嵌入式操作系統(tǒng)的移植，目前現(xiàn)有的linux系統(tǒng)移植技術(shù)大多數(shù)針對于Arm和x86處理器，而沒有針對新型RISC-V處理器的系統(tǒng)移植方法，因此如何實現(xiàn)基于RISC-V處理器的系統(tǒng)移植，是處理器技術(shù)領(lǐng)域的重要問題。基于此，蘇州浪潮智能科技有限公司提出了一項名為“基于RISC-V處理器的系統(tǒng)移植方法及相關(guān)組件”的發(fā)明專利（申請?zhí)枺?01910451664.2），申請人為蘇州浪潮智能科技有限公司。該專利的主要內(nèi)容包括基于RISC-V處理器的linux系統(tǒng)移植方法，并基于此方法，提出一種系統(tǒng)移植設(shè)備。

圖1 基于RISC-V處理器的系統(tǒng)移植方法的流程圖

由于Linux系統(tǒng)具有體積小、內(nèi)核可裁減、網(wǎng)絡(luò)功能完善、可移植性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此linux系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于RISC-V處理器中，圖1展示了該專利提出的基于RISC-V處理器的系統(tǒng)移植方法流程圖。在步驟s110中，調(diào)用RISC-V處理器對應(yīng)的工具鏈搭建交叉編譯環(huán)境，其中交叉編譯環(huán)境主要由編譯器、連接器、解釋器組成，包括gcc，binutils等工具以及l(fā)inux內(nèi)核文件等，通?？刹捎肦ISC-V處理器對應(yīng)的工具鏈，如riscv64-unknownlinux-gnu-/riscv32-unknown-linux-gnu-。步驟s120在交叉編譯環(huán)境中調(diào)用匹配內(nèi)核以RISC-V體系架構(gòu)編譯linux內(nèi)核，生成不含有根文件系統(tǒng)的內(nèi)核鏡像文件，用于后續(xù)管理硬件設(shè)備、實現(xiàn)進(jìn)程調(diào)度等。步驟130調(diào)用linux命令以及工具生成嵌入至RISC-V處理器架構(gòu)的linux系統(tǒng)可執(zhí)行程序。步驟s140用于添加系統(tǒng)目錄，生成根文件系統(tǒng)的鏡像文件。如常用的系統(tǒng)目錄項目/bin、/sbin、/dev、/etc、/lib、/usr、/sys、/tmp等。步驟s160用于將內(nèi)核鏡像文件嵌入至引導(dǎo)程序，從而生成包含引導(dǎo)程序、內(nèi)核鏡像、根文件系統(tǒng)于一體的二進(jìn)制文件bbl，進(jìn)而加載到處理器的內(nèi)存中，從而最終生成完整的基于RISC-V的linux操作系統(tǒng)。

圖2 系統(tǒng)移植方法簡圖

在上述系統(tǒng)移植方法中主要生成3個文件，包括引導(dǎo)程序bbl（BootLoader）、linux內(nèi)核鏡像文件vmlinux、根文件系統(tǒng)鏡像文件rootfs.cpio。具體如圖2所示，其中bbl是系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序，用于初始化硬件設(shè)備，建立內(nèi)存空間的映射圖，并將內(nèi)核加載到內(nèi)存中，完成系統(tǒng)的啟動與加載。vmlinux是linux系統(tǒng)內(nèi)核的一種鏡像文件，用于管理硬件設(shè)備、實現(xiàn)進(jìn)程調(diào)度等；rootfs .cpio是一個文件集合，用來存放內(nèi)核啟動后運(yùn)行的第一個程序(init)、給用戶提供操作界面的shell程序、應(yīng)用程序所依賴的庫等。上述方法可以高效且迅速的實現(xiàn)基于RISC-V處理器的系統(tǒng)移植。

圖3 系統(tǒng)移植裝置結(jié)構(gòu)圖

此專利還基于上述方法提出了一種系統(tǒng)移植裝置，包括環(huán)境搭建單元210、內(nèi)核編譯單元220、可執(zhí)行程序生成單元230、鏡像文件生成單元240、內(nèi)核重編單元250以及程序嵌入單元260，該裝置中各個框圖結(jié)構(gòu)的功能與系統(tǒng)移植方法相互對應(yīng)。

科技地創(chuàng)新不斷碰撞催生出固有體系的變革，諸如馮諾依曼架構(gòu)、處理器市場體系都在受到?jīng)_擊，此專利在RISC-V處理器迅速發(fā)展的背景下，介紹了基于該處理器架構(gòu)的linux系統(tǒng)移植方法，從這也看出國內(nèi)企業(yè)在處理器領(lǐng)域與頂尖技術(shù)正在不斷縮小差距，相信未來AIOT的市場中國企業(yè)定會大放異彩。