Freier Linux Kernel für den Virtex4 FX12

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1 Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Embedded Linux Freier Linuxkernel für den Virtex4 FX März 2009 Georg Schardt Freier Linux Kernel für den Virtex4 FX12 Motivation Ausgangslage Bootloader Kernel Dateisystem Ergebnis Folie 2

2 Motivation Einsatz des Virtex4 FX12 Minimodul (Diplomarbeit, Jan2008) Embedded µc (PowerPC) Implementierung eigener OPB Komponenten (FPGA Logik) Ethernet Anbindung Erfahrungen mit MontaVista (Peter Kämmerling) Folie 3 Motivation Virtex4FX12 Minimodul Folie 4

3 Motivation Lösung ohne kommerzielles Linux gesucht Probleme Adaption des freien Linuxkernel, (Xilinx-)Treiber, Toolchain? Dateisystem und Betriebssystembefehle?? Folie 5 Ausgangslage Nach der Diplomarbeit stand zur Verfügung: + Crosscompiler Toolchain (crosstool-scripte) + Freier Linuxkernel Dateisystem mit Busybox - Kernel + Dateisystem > 4MB on Chip Flash - Booten nur über SystemAce und CF möglich - Kein Bootloader/Monitor: Eingeschränkte Imageauswahl EDK Flashprogrammer muss genutzt werden Folie 6

4 Zielsetzung Entwicklung eines kompakten und flexiblen SoC Modul Als embedded Controller für verschiedene Applikationen Virtex4 FX12 Minimodul Lizenzfreies Linux Betriebssystem Einsatz eines Bootloaders Kernel + Dateisystem < 4 Mbyte ( 4 MB Flash ) Gängige Schnittstellen (Ethernet, RS232, ) Unterstützung von freien I/O Anbindung zusätzlicher Peripherie mittels OPB Komponenten Folie 7 Zielsetzung Systemaufbau Bootloader Pre-Boot Umgebung 4 MB Flash Kernel Dateisystem Betriebssystem-Kernel Betriebssystem-Dateien + freier Speicher für eigene Anwendungen Folie 8

5 Compiler Umgebung Wechsel von crosstool zur buildroot Umgebung Menügesteuerte Konfiguration Komplette Toolchain für diverse Plattformen Einsatz der uclibc: helloworld.c: glibc.static -> Bytes helloworld.c: uclibc.static -> 5316 Bytes Integrierte Busybox / Kernel Konfiguration und Übersetzung Große Entwicklergemeinde, guter Support Folie 9 Bootloader Xilinx EDK Bootloader verarbeitet nur SREC Images (gross) Universeller Bootloader u-boot kann verschiedene Images verarbeiten und stellt weitere Funktionen zur Verfügung: Serieller/Netzwerk Dateitransfer Flash lesen/schreiben/löschen Anpassen von u-boot für das Minimodul Erstellen einer allgemeingültigen Konfiguration für ppc405 Boards (xilinx-ppc405-generic) Erstellen der speziellen Konfiguration für das FX12 Minimodul (fx12mm) Jetzt Bestandteil des u-boot Paketes Belegung im Flash <200k Folie 10

6 Bootloader Folie 11 Linux Kernel Offizieller Linuxkernel von Unterstützt PowerPC Keine vollständige Xilinx Unterstützung TEMAC, Uartlite, usw. Einpflegen der vom EDK erstellten Treiber GIT Repository von Grant Likely (git.secretlab.ca) Seit Mitte 2008 pflegt Xilinx einen eigenen Zweig des Kernel unter git.xilinx.com Folie 12

7 Kernel Anbindung FPGA Hardware und Konfiguration des PPC ändert sich xparameter.h ist Verbindung zwischen EDK und Kernel Wird zur Kernel buildtime gebraucht Ab Kernel nur noch Unterstützung für devicetrees Kernel unabhängig von xparameter.h Wiederholtes neu compilieren überflüssig U-boot unterstüzt DT Folie 13 Resultat: Freier Kernel für FX12 Kernel image < 1024 Byte, durch Einsatz der uclibc Detailliert angepasste Kernel Konfiguration U-boot Kernelimageformat -> uimage Kernel mit TCP/IP, Filesystem Multiuser/Multitasking Support OnChip Flashspeicher 4096 KByte U-boot 196 KByte Kernel 1024 KByte Verfügbar für Dateisystem 2876 KByte Folie 14

8 Dateisystem Buildroot erstellt Dateisystem image Busybox als multi-call-binary stellt die meisten geforderten Dienstprogramme bereit HTTP/FTP Server openssh Server JFFS2 Dateisystem Speziell für Flash -> Sektorenweise löschen/schreiben Kompression Langsam aber nichtflüchtig RAMDisk aber problemlos möglich Folie 15 Ergebnisse Kompaktes SoC Modul PowerPC, Ethernetschnittstelle, I/O und FPGA Logik Lizenzfreies, offenes Linux Betriebsystem für Virtex4 PowerPC Aktueller 2.6 Linux Kernel Treiber für Xilinx IPs (git.xilinx.com) Xilinx TEMAC lizenzfrei (EDK 8.2) Bootloader mit großen Funktionsumfang Grundsystem belegt ca. 40% des FPGA-Logik 60% für eigene Logik mit Anbindung an den PPC (PLB/ OPB) EDK stellt Templates zur Verfügung Anbindung wie Xilinx IP Folie 16

9 Ergebnisse Erreichte Ethernetperformance 7-8 MByte/s Xilinx TEMAC IP DMA, Interrupt Xilinx Linux Treiber Volle CPU Last ca. 1,5 MB Dateisystem frei Platz für eigene Applikationen Webseiten Konfigurationsdaten Einsatz als universelles Housekeeping Modul Folie 17

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