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Kria KV260 で FPGA化した リアルタイムOS を試すサンプル

概要

PL に RTOS(リアルタイムOS)機能を実装し、RPU(Cortex-R5) を試してみるサンプルです。

コンセプトを記載したブログはこちらです。

ITRON風のAPIを、PLのメモリ空間にメモリマップドレジスタとして配置して、タスクスケジューラの機能を実装しています。

PLでの実装により

  • タスク数Nに関わらず各種優先度比較に関わる処理が O(1) で完了する
  • PLで処理した分 Cortex-R5 の TCM の RTOS での消費を抑えられる
  • イベントフラグなどをPLの別の回路から直接セット要求できる

などが特徴となっています。

現時点では割り込み処理はタスクスイッチのみに利用し、いわゆる割り込み処理はPLからイベントフラグなどで直接的に起動したタスクで行う前提としております。

また、PS部からの操作でしかないので APU(Cortex-A53) から set_flg や sig_sem() したりしてプロセッサ間で通信することもおそらく可能と思います。

RPUのTCMに収まるような小規模なリアルタイム制御など、タスク数が少ない範囲ではある程度実用になるのではないかと思い、実験中です。

なお、今回 RPU 側のソフトには Rust を用いております。

事前準備

ZynqMP 環境でAPU(Cortex-R5)上で、Ubuntuや、Debianなどが動く状態になっており、Rust インストール済みの想定です。

また、APUからRPUを認識できるようになっている想定です。

なお、ビルドもAPUで行ってしまう想定ですが、コンパイル自体はPCなどの別環境でも可能です。

動作を確認した環境

PC環境

vivado2022.2 を用いております。

KV260環境

認定Ubuntu 環境にて試しております。

image       : iot-limerick-kria-classic-desktop-2204-x06-20220614-78.img
Description : Ubuntu 22.04.2 LTS
kernel      : 5.15.0-1018-xilinx-zynqmp

Rust インストール

https://www.rust-lang.org/ja/tools/install に従ってインストール

curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh

クロスコンパイラ準備

sudo apt install gcc-arm-none-eabi
sudo apt install libnewlib-arm-none-eabi

Cortex-R5 用準備

rustup update

rustup target add armv7r-none-eabi
cargo install cargo-binutils
rustup component add llvm-tools-preview

RPU の ビルド＆実行

app ディレクトリに手 make から cargo などを呼び出す仕組みにしています。

ビルドは

make

実行は

make run

停止は

make stop

となり、食事する哲学者の問題の動作をUART 側に出力するサンプルとして実装しております。