add riscv-real-time-linux-1

Signed-off-by: Zhangjin Wu <[email protected]>

_posts/2024-09-03-20-28-12-riscv-real-time-linux-1.md

@@ -0,0 +1,231 @@
+---
+layout: post
+author: 'Jia Xianhua'
+title: '在 QEMU 上运行 RISC-V Linux RealTime 补丁'
+draft: false
+album: 'RISC-V Linux'
+license: 'cc-by-nc-nd-4.0'
+permalink: /riscv-real-time-linux-1/
+description: '在 QEMU 上运行 RISC-V Linux RealTime 补丁'
+category:
+  - 开源项目
+  - Risc-V
+tags:
+  - Linux
+  - RISC-V
+  - QEMU
+  - PREEMPT_RT
+  - Real Time
+---
+
+> Corrector: [TinyCorrect](https://gitee.com/tinylab/tinycorrect) v0.1 - [spaces]
+> Author:    Jia Xianhua <[email protected]>
+> Date:      2022/12/01
+> Revisor:   Falcon <[email protected]>
+> Project:   [RISC-V Linux 内核剖析](https://gitee.com/tinylab/riscv-linux)
+> Proposal:  [【老师提案】RISC-V RealTime 分析、优化与 CPU 设计建议][002]
+> Sponsor:   PLCT Lab, ISCAS
+
+
+## 背景简介
+
+吴金章老师于 2022/06/29 发起了一个提案：[【老师提案】RISC-V RealTime 分析、优化与 CPU 设计建议][002]，本来是作为实习生的暑期计划。
+
+可能是学生暑期时间精力不够，并且这个提案要求确实有点门槛，10 月的时候，吴老师建议我接下这个提案，为 Linux Kernl 贡献一些代码。
+
+我直到 11 月才将负责人改为自己，之后又有一些事情耽搁了。
+
+11 月 23 日，收到了泰晓社区设计的开发板。
+
+12 月 1 日，也就是今天，收到了 CNRV 寄来的荔枝派开发板。
+
+再加上泰晓社区的哪吒 D1 开发板，可以有多个板子用于测试 RealTime Linux。
+
+从 12 月开始，要开始把一些成果记录下来。
+
+我们先在 QEMU 上运行一下打上 RT Patch 的 Linux 内核，之后再在真实开发板上测试。
+
+## 测试环境
+
+本次实验是在 [Linux Lab](https://gitee.com/tinylab/linux-lab) 的 riscv64/virt 虚拟开发板上测试，先来配置一下运行环境。
+
+当然最方便的还是直接使用 [泰晓 Linux 实验盘][001]，已经集成好了 Linux Lab 并下载好了几个 G 的 Linux 内核源代码，免安装，即插即跑。
+
+我使用的主机系统是：Ubuntu 20.04.5 LTS。
+
+### 安装 Cloud Lab
+
+Cloud Lab 依赖 Docker，不过用 Ubuntu 真是超级简单，只要执行下面的命令，会自动安装 Docker。
+
+```
+$ git clone https://gitee.com/tinylab/cloud-lab.git
+$ cd cloud-lab
+$ tools/docker/run linux-lab
+```
+
+不过，我们可能会遇到一个小问题：
+
+> Without logout or reboot, please issue 'newgrp docker' as a temp solution.
+
+解决起来也很简单：
+
+```
+$ newgrp docker
+$ tools/docker/run linux-lab
+```
+
+## 下载 Patch
+
+Linux Lab 运行起来了，接下来我们要下载 Patch。
+
+我们要下载 2 组 patchset：
+
+1. 基于官方 Linux Kernel 版本的 RT 主线 Patch
+2. 在 RT 主线 Patch 基础上开发的 RISC-V PREEMPT_RT Patch，还没有合并进 RT 主线
+
+Linux Lab 的 `riscv64/virt` 虚拟开发版默认已经支持 Linux v6.0.7，我们直接基于这个版本来打 Patch 开展实验即可。
+
+### 下载 Patches
+
+在 Linux Lab 里面打 Patch 很简单，先把 Patches 放到 `src/patch/linux/v6.0/` 目录下。
+
+首先下载 RT 主线 Patch，参照 [PREEMPT_RT patch versions 指南][003] 就好了：
+
+```
+$ cd src/patch/linux/v6.0/
+$ wget -c https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/6.0/older/patch-6.0-rt11.patch.gz
+$ gzip -d patch-6.0-rt11.patch.gz
+$ ls patch-6.0-rt11.patch
+patch-6.0-rt11.patch
+```
+
+这样就会生成 patch-6.0-rt11.patch 的 Patch 文件。
+
+接着下载为 RISC-V 开发的 PREEMPT_RT Patch。
+
+这里我们需要先安装一个 `b4` 工具帮助我们下载 Patch。
+
+```
+$ sudo apt update -y && \
+    sudo apt install -y python3-pip && \
+    sudo pip install b4 && \
+    b4 am [email protected]
+```
+
+![b4](/wp-content/uploads/2022/03/riscv-linux/images/riscv-rtl/b4.png)
+
+下载完了以后，为了确保依次打上 RT 主线 Patch 和 RISC-V RT Patch，建议给两笔 patch 加个序号：
+
+```
+$ mv patch-6.0-rt11.patch 0.patch-6.0-rt11.patch
+$ mv v2_20220901_jszhang_riscv_add_preempt_rt_support.mbx 1.v2_20220901_jszhang_riscv_add_preempt_rt_support.mbx
+```
+
+## 开展 Real Time Linux 实验
+
+### 准备开发板
+
+首先，配置开发板，我们选择 `riscv64/virt`。
+
+```
+$ make BOARD=riscv64/virt
+```
+
+### 配置 Linux 内核版本
+
+接着配置 Kernel 版本为 v6.0.7。
+
+要使用最新的 v6.0.7，需要更新 Linux Lab 仓库和相应的 BSP 仓库。当然，我们也可以从临近的 v5.17 复制一份出来。
+
+```
+$ make kernel-clone LINUX=v5.17 LINUX_NEW=v6.0.7
+$ make local-config LINUX=v6.0.7
+```
+
+之后，请确保 Linux Kernel 源代码仓库是干净的：
+
+```
+$ make kernel-cleanup
+$ make kernel-cleanall
+```
+
+### 打上 RT Patches
+
+接下来，打补丁。可以直接使用 `make kernel-patch`：
+
+```
+$ make kernel-patch
+```
+
+### 配置使能 PREEMPT_RT
+
+补丁打完后，我们还要启用 `PREEMPT_RT`。
+
+```
+$ make kernel-menuconfig
+$ make kernel-saveconfig
+```
+
+![preempt_rt](/wp-content/uploads/2022/03/riscv-linux/images/riscv-rtl/preempt_rt.png)
+
+### 编译新内核
+
+之后，就可以编译打上 PREEMPT_RT 补丁的 v6.0.7 内核了。
+
+```
+$ make kernel
+```
+
+### 运行新内核
+
+最后，启动虚拟开发板。
+
+```
+$ make boot
+```
+
+### 测试验证
+
+这里检测一下 Kernel 版本，再看一下当前 Kernel 的 `.config` 配置。
+
+```
+Welcome to Linux Lab
+linux-lab login: root
+# uname -a
+Linux linux-lab 6.0.7-rt11-dirty #1 SMP PREEMPT_RT Thu Dec 1 22:58:12 CST 2022 riscv64 GNU/Linux
+# zcat /proc/config.gz | grep PREEMPT
+CONFIG_HAVE_PREEMPT_LAZY=y
+CONFIG_PREEMPT_LAZY=y
+# CONFIG_PREEMPT_NONE is not set
+# CONFIG_PREEMPT_VOLUNTARY is not set
+# CONFIG_PREEMPT is not set
+CONFIG_PREEMPT_RT=y
+CONFIG_PREEMPT_COUNT=y
+CONFIG_PREEMPTION=y
+CONFIG_PREEMPT_RCU=y
+CONFIG_DEBUG_PREEMPT=y
+CONFIG_PREEMPTIRQ_TRACEPOINTS=y
+CONFIG_TRACE_PREEMPT_TOGGLE=y
+CONFIG_PREEMPT_TRACER=y
+# CONFIG_PREEMPTIRQ_DELAY_TEST is not set
+```
+
+可以看到确实有 `PREEMPT_RT` 配置项，说明 Patch 打成功了。
+
+## 总结
+
+通过本文的实验，我们在 QEMU 上成功运行并简单验证了 RISC-V Linux 的 PREEMPT_RT 补丁。
+
+接下来，为了更准确地验证应用 PREEMPT_RT 补丁后的系统实时性数据，我们将在真实开发板上打补丁，并使用 `cyclictest` 等专门的测试工具来进行实时性测试，敬请期待！
+
+## 推荐资料
+
+1. [Linux Lab Disk / Linux Lab 真盘][001]
+2. [【老师提案】RISC-V RealTime 分析、优化与 CPU 设计建议][002]
+3. [PREEMPT_RT patch versions][003]
+4. [[PATCH v2 0/5] riscv: add PREEMPT_RT support][004]
+
+[001]: https://tinylab.org/linux-lab-disk
+[002]: https://gitee.com/tinylab/riscv-linux/issues/I5ENMI
+[003]: https://wiki.linuxfoundation.org/realtime/preempt_rt_versions
+[004]: https://lore.kernel.org/linux-riscv/[email protected]/T/#t