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【专利解密】浪潮针对新型计算架构RISC-V的系统移植方法

tikitaka
发表于 2020-01-07 13:55:42

【嘉德点评】冯诺依曼架构、处理器市场体系都在受到冲击,浪潮的该项专利在RISC-V处理器迅速发展的背景下,介绍了基于该处理器架构的linux系统移植方法。

集微网消息,在全球高新科技蓬勃发展的大背景下,许多固有的体系不断受到冲击,其中电子与计算机产业首当其冲。从计算机指令集架构(ISA)的角度看,Arm和x86几乎占据了所有的市场,然而随着摩尔定理走向终结, AIOT的不断发展,计算架构的创新被推到了历史前台,RISC-V开启了新一轮开源硬件与芯片设计的热潮。

RISC-V(Reduced Instruction Set Computer–FIVE)是一种新兴处理器,是基于精简指令集计算(RISC)原理建立的开放指令集架构(ISA),它是在指令集不断发展和成熟的基础上建立的全新指令,相对于ARM、X86等传统处理器,RISC-V具有完全开源、高速发展、易于移植系统、设计简单、功耗低、可扩展性强等优势而被广泛应用,甚至未来将会成为IOT领域的主流计算架构。

为使得操作系统能够在RISC-V上运行与调度资源,需要进行嵌入式操作系统的移植,目前现有的linux系统移植技术大多数针对于Arm和x86处理器,而没有针对新型RISC-V处理器的系统移植方法,因此如何实现基于RISC-V处理器的系统移植,是处理器技术领域的重要问题。基于此,苏州浪潮智能科技有限公司提出了一项名为“基于RISC-V处理器的系统移植方法及相关组件”的发明专利(申请号:201910451664.2),申请人为苏州浪潮智能科技有限公司。该专利的主要内容包括基于RISC-V处理器的linux系统移植方法,并基于此方法,提出一种系统移植设备。

图1 基于RISC-V处理器的系统移植方法的流程图

由于Linux系统具有体积小、内核可裁减、网络功能完善、可移植性强等诸多优点,因此linux系统广泛应用于RISC-V处理器中,图1展示了该专利提出的基于RISC-V处理器的系统移植方法流程图。在步骤s110中,调用RISC-V处理器对应的工具链搭建交叉编译环境,其中交叉编译环境主要由编译器、连接器、解释器组成,包括gcc,binutils等工具以及linux内核文件等,通常可采用RISC-V处理器对应的工具链,如riscv64-unknownlinux-gnu-/riscv32-unknown-linux-gnu-。步骤s120在交叉编译环境中调用匹配内核以RISC-V体系架构编译linux内核,生成不含有根文件系统的内核镜像文件,用于后续管理硬件设备、实现进程调度等。步骤130调用linux命令以及工具生成嵌入至RISC-V处理器架构的linux系统可执行程序。步骤s140用于添加系统目录,生成根文件系统的镜像文件。如常用的系统目录项目/bin、/sbin、/dev、/etc、/lib、/usr、/sys、/tmp等。步骤s160用于将内核镜像文件嵌入至引导程序,从而生成包含引导程序、内核镜像、根文件系统于一体的二进制文件bbl,进而加载到处理器的内存中,从而最终生成完整的基于RISC-V的linux操作系统。

图2 系统移植方法简图

在上述系统移植方法中主要生成3个文件,包括引导程序bbl(BootLoader)、linux内核镜像文件vmlinux、根文件系统镜像文件rootfs.cpio。具体如图2所示,其中bbl是系统内核运行之前运行的一段小程序,用于初始化硬件设备,建立内存空间的映射图,并将内核加载到内存中,完成系统的启动与加载。vmlinux是linux系统内核的一种镜像文件,用于管理硬件设备、实现进程调度等;rootfs .cpio是一个文件集合,用来存放内核启动后运行的第一个程序(init)、给用户提供操作界面的shell程序、应用程序所依赖的库等。上述方法可以高效且迅速的实现基于RISC-V处理器的系统移植。

图3 系统移植装置结构图

此专利还基于上述方法提出了一种系统移植装置,包括环境搭建单元210、内核编译单元220、可执行程序生成单元230、镜像文件生成单元240、内核重编单元250以及程序嵌入单元260,该装置中各个框图结构的功能与系统移植方法相互对应。

科技地创新不断碰撞催生出固有体系的变革,诸如冯诺依曼架构、处理器市场体系都在受到冲击,此专利在RISC-V处理器迅速发展的背景下,介绍了基于该处理器架构的linux系统移植方法,从这也看出国内企业在处理器领域与顶尖技术正在不断缩小差距,相信未来AIOT的市场中国企业定会大放异彩。(校对/holly)

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