Running Dual-Core RISC-V Linux on Cheap FPGA Board

Luffcaでは、約2,000円で購入したSipeed社のTang Primer用にデュアルコア 32-bit RISC-V SoCを作成し、Linuxを実行することに成功しました。

上記RV32IMACのデュアルコアSoCに加え、単精度と倍精度の浮動小数点拡張をサポートするRV32IMAFDCのシングルコアSoCでも、Linuxを実行することに成功しています。

関連記事は、こちら。

• Porting PicoSoC with PicoRV32 to Sipeed Tang Primer
• Testing LiteX/VexRiscv on Sipeed Tang Primer
• Running Dual-Core RISC-V Linux on Cheap FPGA Board（本記事）

Sipeed Tang Primer

Sipeed社のTang Primerは、Anlogic社のFPGA EG4S20BG256を用いた、安価なFPGAボードです。このボードは約2,000円で購入しましたが、製造終了しているようです。

Tang Primerは、20k LUTsのFPGAを搭載しており、以前の記事で紹介したようにRISC-V CPUを動作させることができます。

Main Issues to Run RISC-V Linux on Tang Primer

SoCビルダーのLiteX等を用いて、Tang Primer上でLinuxを動作させるための主な課題は、以下の通りです。

• ゲートウェア
  • 8MiB SDRAMのサポート
  • CPUの構成変更
  • MicroSDカードのサポート
• ソフトウェア
  • Linuxカーネルのサイズ縮小
  • OpenSBIの構成変更

Tang PrimerのSRAMは約130KiBだけなので、8MiBのSDRAMのサポート追加とLinuxカーネルのサイズ縮小が必須でした。

Linux Capable SoC for Tang Primer

デュアルコアSoCの主な仕様は、以下の通りです。

• CPU: デュアルコア 32-bit RISC-V
  • ISA: RV32IMAC
• 動作周波数: 24 MHz
• SDRAM: 8 MiB
• ROM: 64 KiB
• UART: 1 ch
• MicroSDカードのサポート

シングルコアSoCの場合、CPUの仕様だけが以下のように変わります。

• CPU: シングルコア 32-bit RISC-V
  • ISA: RV32IMAFDC (RV32GC)

注：CPUにはLiteX用のVexRiscvを用いています。

RISC-V Linux on Tang Primer

アイキャッチ画像は、rootfsとしてBusyBoxを使用したときのログイン画面です。

デュアルコアSoCにおいてcat /proc/cpuinfoを実行したときの出力は以下のようになっており、2つのコアが認識されています。

/ # cat /proc/cpuinfo
processor	: 0
hart		: 0
isa		: rv32imac
mmu		: sv32

processor	: 1
hart		: 1
isa		: rv32imac
mmu		: sv32

同様に、シングルコアSoCの出力は以下のようになっており、isaが変化した1つのコアが認識されています。

/ # cat /proc/cpuinfo
processor	: 0
hart		: 0
isa		: rv32imafdc
mmu		: sv32

まとめ

Luffcaでは、Sipeed社のTang Primer用にRV32IMACのデュアルコアSoCとRV32IMAFDCのシングルコアSoCを作成し、RISC-V Linuxを実行することに成功しました。