ZephyrRTOSで遊ぼう!

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1. ZephyrRTOSで遊ぼう! 富士通株式会社 インフラストラクチャシステム事業本部 データセンタ事業部 Linuxアプライアンス技術部 常田 裕士 2023/9/29 Japan Technical jamboree EPII Session#1 © 2023 Fujitsu Limited 1
2. 自己紹介 ⚫常田 裕士 ⚫富士通で組み込みLinuxの開発をやっています。 昔は携帯電話（Feature Phone、いわゆる「ガラケー」）、 今はカーナビ関連(車載Linuxサポートなど) ⚫KiCadで雑に基板を作るチュートリアル (v6.0予習版) https://speakerdeck.com/tokitahiroshi/kicaddeza-niji-ban-wozuo- rutiyutoriaru-ver6-dot-x-yu-xi-ban ⚫インターフェース誌 2022年6月号 第2特集 C/C++でPython拡張 第1部 ハードウェア効率化…C/C++で拡張モジュール作り https://interface.cqpub.co.jp/magazine/202106/ © 2023 Fujitsu Limited 2
3. 本日のアウトライン ⚫ZephyrRTOSについて ⚫ZephyrRTOSを動かしてみる ⚫ZephyrRTOSのLinuxっぽいところ ⚫学び © 2023 Fujitsu Limited 3
4. ZephyrRTOSについて © 2023 Fujitsu Limited 4
5. ZephyrRTOS ⚫ LinuxFoundationが開発を推進している組み込み向け のRTOS。 もともとはWindRiverが作っていた。(素性が良い。) ⚫ LinuxからKconfigとDeviceTreeの仕組みを借りてきて いる。 他にもいろいろLinuxにAPIなどは似せようとしている。 ⚫ POSIX互換レイヤーもある。 ⚫ 「組み込み用のLinux」と言っても当たらずとも遠から じ、みたいな雰囲気。 ⚫ 最近はNordic Semiconductorさんが自社の開発環境に 組み込んで開発を推進している。(自社製品のメインの 開発環境にしている) 画像は https://ja.wikipedia.org/wiki /Zephyr_(オペレーティングシ ステム) より © 2023 Fujitsu Limited 5
6. 成長中 ⚫ ソースコード公開してから順調にソースもコミュニティも成 長している。 ⚫ 海外での注目度に比べて、国内でのプレゼンスが低い感じは する。 ⚫ 最近は車載系向けの機能安全やMISRA-C準拠も進んでいる。 (グラフはhttps://openhub.net/p/zephyrprojectより) © 2023 Fujitsu Limited 6
7. Zephyrの主要スポンサー ⚫プラットフォーム企業、半導 体ベンダーを中心に豪華メン バーが集まっている。 ⚫ (画像はhttps://www.zephyrproject.org/project- members/より © 2023 Fujitsu Limited 7
8. ZephyrとChromebook ⚫ChromebookのIO制御回り にZephyrが使われている ⚫実はこれもOSSで Chromebook EC(Embedded Controller) としてソース公開されている ⚫おそらくは一番エンドユー ザー利用数の多いZephyrの 利用事例 ⚫ ChromeOS's Embedded Controller - Zephyr Project © 2023 Fujitsu Limited 8
9. ZephyrとXen ⚫ Xenの特権ドメイン(Dom-0)に Zephyrを使おうという動きがある。 ⚫ 通常はLinuxを使うが、機能安全認 証を目指したときにソースが大き すぎて大変、よりコンパクトな仕 組みでVirtualizationができる環境 を作りたい、という流れ。 ⚫ LinuxFoundation関連では、 Zephyr/Xen/Elisaが機能安全の文 脈で相互に連携する動きがある。 ⚫ https://wiki.xenproject.org/wiki/Xe n_ARM_with_Virtualization_Extensi ons_whitepaper © 2023 Fujitsu Limited 9
10. Zephyrについてちょっとした雑感 ⚫ コミュニティはEU圏中心。何よりNordic semiconductorが強力にコミット。 ⚫ 東欧圏も多い。宇露戦争の報道で聞くポーランドの街もgithubのプロフで見かけ る。 ⚫ STのLeMansの拠点がコミット多くて、24耐のイメージから車載頑張ってそうな 印象。 ⚫ 米国はIntelが中心。Google/Metaの人も主力コミッタに。 ⚫ コミュニケーションはGithub/Discordが多い。この辺は若手入りやすそうな印象。 ⚫ 日本/アジア圏は少なめ。Githubで簡単にPR出せるのでみんなやろう。 © 2023 Fujitsu Limited 10
11. ZephyrRTOSを動かしてみる © 2023 Fujitsu Limited 11
12. Cooking Recipe 1. ボードとデバッガを用意する 2. コンパイラをインストールする 3. West コマンドを用意する 4. ビルドする 5. ファームを焼く/デバッグする © 2023 Fujitsu Limited 12
13. サポートしているボード ⚫現在500種類以上のボードをサポート ⚫スポンサーとなっているNordicSemi, NXP, STのボードが比較的充実している。 ⚫廉価に入手できるRaspberry Pi Picoもサポート ⚫コミュニティベースのサポートのため、動きは若干ゆっくり (私がやってます) ⚫最近中国で色々出ている廉価なRISC-Vチップも ⚫M5Stamp C3 などで使っている Espressif ESP32-C3 ⚫第一世代の Chinese RISC-V ChipのGigaDevice GD32V (私がやりました) © 2023 Fujitsu Limited 13
14. Westコマンド ⚫Pythonのpipでインストールできるzephyrの万能ナイフコマンド ⚫Zephry=Zephyros(ギリシャ語の西風)なのでwest. ⚫GitHubのghのように、最近のクラウドを意識したコマンドライン のフロントエンド。 # こんな感じで打つとビルドができる。 mkdir newproj; cd newproj python3 –m venv .venv # 最近のubunutはvenv必須… source .venv/bin/activate # venv有効化 pip3 install west # westをインストール west init # zephyrの初期化。 west update # 関連リポジトリのDL。とても大きい… west build –b rpi_pico samples/hello_world # -bでボードを指定する © 2023 Fujitsu Limited 14
15. West flash/debug ⚫Zephyrではどのボードでも west flash のコマンドでファームの書 き込み、west debugでgdbによるデバッグが行える。 ⚫どのボードでも使い方が統一されているので、 「JTAGのデバッガをつなぐのに3日かかった！」 ような不幸な事故を撲滅 # どんなボードでも共通でflash/debugできる west flash # ファームの焼きこみ west debug # gdbでデバッグ © 2023 Fujitsu Limited 15
16. Hello World! を見てみる #include <stdio.h> int main(void) { printf("Hello World! %s¥n", CONFIG_BOARD); return 0; } ⚫純粋なHello worldが使えるので、組み込み固有のノウハウを持っ ていなくてもスタートできる。 ⚫Lチカではなくhello worldが1st step。 組み込みというよりもLinux寄りの文化性がある。 © 2023 Fujitsu Limited 16
17. Lチカを見てみる int main(void) { gpio_pin_configure_dt(&led, GPIO_OUTPUT_ACTIVE); while (1) { gpio_pin_toggle_dt(&led); k_msleep(SLEEP_TIME_MS); } return 0; } ⚫だいたいArduinoを使う感覚で使える。 ⚫DeviceTree, Kconfigの設定が見えてしまうと若干お作法が必要。 © 2023 Fujitsu Limited 17
18. ZephyrRTOSのLinuxっぽいところ © 2023 Fujitsu Limited 18
19. ZephyrRTOS=組み込み向けLinux？ ⚫ZephyrRTOSではLinuxに強く影響を受けた仕組みが色々ある。 ⚫printk をはじめ、関数、APIの名前が同じ、もしくは「それっぽい」 ⚫Kconfigがある。(MakefileはCmakeに変わっている) ⚫DeviceTreeがある。 ⚫ユースケースとしては、昔のucLinuxに近い？！ ⚫メモリ管理なしだが、TCP/IPを使いたい。 © 2023 Fujitsu Limited 19
20. DeviceTreeとソースコードとの連携 ⚫ DeviceTreeはもともとLinuxの仕組み。 ⚫ARMの無秩序なパッチが多くて、Linus氏がブチ切れて導入された…と記憶 ⚫https://srad.jp/story/11/06/22/0911201/ ⚫ デバイスの依存関係を専用の言語で記述して、実行時に解決する仕組み。 ⚫依存性注入の手法。結果、ドライバとデバイスが依存しなくなる。 ⚫ ZephyrRTOSでは、DeviceTreeはビルド時にC言語のマクロとして展開さ れる。 ⚫ RTOSの場合、メモリはstaticに確保するのが原則。(mallocが無いかもし れない) マクロに展開されたDeviceTreeの情報を使って、デバイス毎のデータ領域 を静的に確保するのがZephyrのドライバのお作法。 ⚫ここだけ抑えれば、ドライバはただの関数の集まり。 © 2023 Fujitsu Limited 20
21. DeviceTreeからマクロが生成される ⚫ Zephyrのビルドの過程で DeviceTreeのファイルから devicetree_unfixed.hのヘッ ダファイルを生成する ⚫ 専用のマクロ群で簡単に扱え るようになっている。 ⚫ マクロ自体は複雑。 エラー出るとデバッグは面倒。 dts/riscv/gigadevice/gd32vf103.dtsi から抜粋、編集 / { soc { usart0: serial@40013800 { compatible = "gd,gd32-usart"; reg = <0x40013800 0x400>; interrupts = <56 0>; interrupt-parent = <&eclic>; rcu-periph-clock = <0x60e>; status = “okay"; label = "UART_0"; }; usart1: serial@40004400 { compatible = "gd,gd32-usart"; … 生成された devicetree_unfixed.h #define DT_N_S_soc_S_serial_40013800_PATH "/soc/serial@40013800" #define DT_N_S_soc_S_serial_40013800_FULL_NAME "serial@40013800" #define DT_N_S_soc_S_serial_40013800_PARENT DT_N_S_soc #define DT_N_S_soc_S_serial_40013800_CHILD_IDX 3 … © 2023 Fujitsu Limited 21
22. デモ © 2023 Fujitsu Limited 22
23. デモ ⚫ 自作の評価ボードもってきました。 ⚫ 現在レビュー中のPullRequestのデ モ（動作確認？）を後ろで動かして ます。 ⚫ RPI PICO のPIOを使ったWS2812点灯 ⚫ SH1107 OLEDドライバのモジュール ⚫ U8g2のZephyr移植 © 2023 Fujitsu Limited 23
24. Arduino UNO R4 対応 ⚫ 現在鋭意開発中！ ⚫ こちらも後ろでLチカのデモします ⚫ RenesasさんのR-Carは Zephyrではフランスの iot.bzhさんが色々 コミットされてます。 ⚫ これが通るとたくさんドライバ コミットできますｗ 興味ある人はコミットしよう！ © 2023 Fujitsu Limited 24
25. © 2023 Fujitsu Limited Thank you