第752回ではStarFiveのRISC-Vボードである
VisionFive 2のカーネルサポート状況
UbuntuはまだVisionFive 2をサポートしていません。これは主にカーネル側の対応をどうするか見極めているという状況です。たとえばVisionFive 2向けのカーネルのパッチやDTB等がすでにLinuxカーネルの新しいバージョンのリポジトリに取り込まれているようなら、修正内容にもよるものの、Ubuntuでそれを採用するのはそこまで難しい話ではありません。また、開発中のブランチで取り込まれているものを暫定的に取り込むということもあります。
ただし、3月頭時点では、Ubuntu用のカーネルパッケージや将来Ubuntuのカーネルの元となる各種リポジトリには、まだVisionFive 2向けのパッチは入っていません。
- Ubuntuの次期リリースであるLunarのカーネル：現在はKernel 6.
1ベース - Ubuntuの次期リリースであるLunarのStarFive向けカーネル：22.
10と同じ5. 19ベースのまま[1] - 直近のリリースであるKernel 6.
2 - 次期リリースであるKernel 6.
3の開発リポジトリ
ちなみにStarFiveのリポジトリはKernel 5.
つまり、現在の状態を考えるとUbuntu 23.
ちなみにVisionFive 2のSoCはJH7110であるため、DTSの名前もjh7110-starfive-visionfive-2-v1.」arch/」
というわけで、StarFiveが修正しているカーネル以外は、今のところVisionFive 2では使えなさそうな雰囲気です。そこで今回はカーネルはそのままで、ユーザーランドだけUbuntuに変更してみましょう。
VisionFive 2におけるDebian起動の流れ
VisionFive 2向けのDebianがインストールされたmicroSDカードにUbuntuを上書きインストールすることにします。そこで、何を残して、どこは上書きして良いかを確認するために、まずは既存のシステムの起動の流れを確認しておきましょう。
VisionFive 2はU-BootからLinuxカーネルとDebianを起動する仕組みです。VisionFive 2のU-Bootの場合、次のような流れでシステムが起動します。
- QSPI FlashからU-Bootが起動する
- U-Bootはハードウェの初期化や認識に合わせて、microSDカードを認識する
- microSDカード上の
/boot/から起動エントリーを作成し・extlinux/ extlinux. conf 決定する - 上記にエントリー基づいて、microSDカードからカーネル・
initramfs・ DTB （Device Tree Blob） をメモリにロードする - カーネルの起動オプションを設定する
- メモリ上のカーネルを実行する
- カーネルはinitramfsを展開し、その内部のスクリプトを実行する
- initramfsは必要なカーネルのモジュールをロードする
- initramfsはDebianのストレージをマウントし、systemdを起動する
1から6まではU-Bootの仕事です。シリアルコンソールを接続していた場合は、次のようなログが表示されます。
Model: StarFive VisionFive V2 Net: eth0: ethernet@16030000, eth1: ethernet@16040000 switch to partitions #0, OK mmc1 is current device found device 1 bootmode flash device 1 => microSDカードを認識し、それを起動デバイスとする Retrieving file: /boot/extlinux/extlinux.conf 823 bytes read in 4 ms (200.2 KiB/s) U-Boot menu 1: Debian GNU/Linux bookworm/sid 5.15.0-starfive 2: Debian GNU/Linux bookworm/sid 5.15.0-starfive (rescue target) Enter choice: 1: Debian GNU/Linux bookworm/sid 5.15.0-starfive => メニューエントリーを表示し、自動的に決定する Retrieving file: /boot/initrd.img-5.15.0-starfive 9684953 bytes read in 412 ms (22.4 MiB/s) Retrieving file: /boot/vmlinuz-5.15.0-starfive 8015200 bytes read in 341 ms (22.4 MiB/s) append: root=/dev/mmcblk1p3 rw console=tty0 console=ttyS0,115200 earlycon rootwait stmmaceth=chain_mode:1 selinux=0 Retrieving file: /boot/dtbs/starfive/jh7110-visionfive-v2.dtb 47546 bytes read in 7 ms (6.5 MiB/s) Uncompressing Kernel Image Moving Image from 0x44000000 to 0x40200000, end=41767000 ## Flattened Device Tree blob at 48000000 Booting using the fdt blob at 0x48000000 Using Device Tree in place at 0000000048000000, end 000000004800e9b9 => カーネル・initramfs・DTBをロードし、起動オプションを設定する Starting kernel ... => カーネルを実行する
カーネル等は、第752回でmicroSDカードに展開したStarFiveのデータだと、2番目パーティション/dev/）
$ sudo parted /dev/mmcblk1 print Warning: Not all of the space available to /dev/mmcblk1 appears to be used, you can fix the GPT to use all of the space (an extra 90705920 blocks) or continue with the current setting? Fix/Ignore? i Model: SD USDU1 (sd/mmc) Disk /dev/mmcblk1: 63.2GB Sector size (logical/physical): 512B/512B Partition Table: gpt Disk Flags: Number Start End Size File system Name Flags 1 1049kB 17.8MB 16.8MB 2 17.8MB 123MB 105MB fat16 boot, esp 3 123MB 16.8GB 16.7GB ext4 legacy_boot
「fat16」
$ ls /boot/boot/ System.map-5.15.0-starfive extlinux vmlinuz-5.15.0-starfive config-5.15.0-starfive initrd.img-5.15.0-starfive dtbs uEnv.txt
このうちカーネルはもちろん、initramfsinitrd.）
$ cat /proc/cmdline root=/dev/mmcblk1p3 rw console=tty0 console=ttyS0,115200 earlycon rootwait stmmaceth=chain_mode:1 selinux=0
「root=/dev/」/dev/はそのままにしておき、/dev/をUbuntuのイメージで上書きすれば良さそうです[2]。
ただし、注意点としてinitramfsから実際のrootfsに処理が移ったあとのカーネルモジュールは、起動カーネルに合わせたものを用意しなくてはなりません。そこで、今回はDebianのイメージからカーネルモジュールを取り出して利用することにします。
Ubuntuのルートファイルシステムを構築する方法あれこれ
Ubuntuのコアルートファイルシステムを作るにはいくつかの方法が存在します。
- Ubuntu Baseに必要なパッケージを追加していく
- Minimal Ubuntuに必要なパッケージを追加していく
- debootstrapでルートファイルシステムを作る
- mmdebstrapででルートファイルシステムを作る
- Chiselでルートファイルシステムを構築する
「Ubuntu Base」
それに対して
「debootstrap」
「mmdebstrap」
最後の
今回の用途を考えると、Ubuntu Baseから作るかmmdebstrapを使うのが良さそうです。一発ですべて構築してしまうならmmdebstrapのほうが便利ではあるのですが、トライアンドエラーで設定ファイルを変更するならどちらでも手間は変わりません。そこで今回はUbuntu Baseで構築してみましょう。
Ubuntu Baseを元にRISC-V向けのルートファイルシステムを作る
ようやく本題に入れます。Ubuntu BaseはUbuntuのイメージサーバーから取得して、それを展開するだけでOKです。これはVisionFive 2に比べて性能の良い、amd64なマシン上で実行すると良いでしょう。64bitなRISC-V CPU向けのriscv64アーキテクチャーもサポートしているため、次の手順でダウンロード＆展開してください。
$ wget http://cdimage.ubuntu.com/ubuntu-base/releases/22.04/release/ubuntu-base-22.04.2-base-riscv64.tar.gz $ mkdir rootfs $ sudo tar pxf ubuntu-base-22.04.2-base-riscv64.tar.gz -C rootfs $ echo 'APT::Sandbox::User "root";' | sudo tee rootfs/etc/apt/apt.conf.d/90run-as-root
最後の行は、Aptシステムにおけるパッケージのダウロードや署名の検証を_apt」rootで行うための対応です。作成した環境に
ここからは作成したrootfsにsystemd-nspawnコマンドを使う方法です。systemd-nspawnについては、第491回の
今回はamd64なマシンの上で、riscv64のルートファイルシステムに入って、バイナリを実行しなくてはなりません。そこで使うのが
$ sudo apt install systemd-container binfmt-support qemu-user-static $ sudo cp /usr/bin/qemu-riscv64-static rootfs/usr/bin/
これで準備は完了したので、さっそくsystemd-nspawnでルートファイルシステムの中に入ります。
$ sudo systemd-nspawn -D rootfs root@rootfs:~# dpkg --print-architecture riscv64 root@rootfs:~# apt update && apt full-upgrade -y && apt autoremove -y
アーキテクチャーがriscv64になっていること、さらにはネットワーク経由でパッケージをダウンロード・
ドキュメント類の再インストール
まずはUbuntu Baseが、manページ等のドキュメントをインストールしていないため、これを再有効化します。ちなみにインストールされていなくても、manコマンドが使えない程度であり、Ubuntuとして使う分には問題ありません。もしストレージの使用量を気にするのであれば、この手順はスキップしてもかまいません。
再インストールは/usr/を実行するだけです。必要に応じてパッケージを再インストールすることになるため、ネットワークの負荷には注意してください。
root@rootfs:~# /usr/local/sbin/unminimize This system has been minimized by removing packages and content that are not required on a system that users do not log into. This script restores content and packages that are found on a default Ubuntu server system in order to make this system more suitable for interactive use. Reinstallation of packages may fail due to changes to the system configuration, the presence of third-party packages, or for other reasons. This operation may take some time. Would you like to continue? [y/N] y （略） Reinstalling packages with system documentation in /usr/share/doc/ .. dpkg-query: error: --search needs at least one file name pattern argument （略） Restoring system translations... dpkg-query: error: --search needs at least one file name pattern argument （略） Documentation has been restored successfully. root@rootfs:~# echo $? 0
エラーっぽいメッセージが2箇所で表示されていますが、これらはドキュメント等の未インストールがまだ存在するかをチェックしている部分です。チェックした結果、特に再インストールする必要がなくても、続きのコマンドを実行するためこのようなメッセージが表示されます。最後にDocumentation has been restored successfully.」
各種パッケージのインストール
次にUbuntuとして最低限のパッケージをインストールしましょう。Debianパッケージには
Ubuntuのサーバーイメージに近づけるならこれらすべてをインストールしておいたほうが良いですが、最低限
aptコマンドでタスクを指定する方法は第331回の^」
root@rootfs:~# apt install -y minimal^ standard^ server-minimal^ server^
すべてインストールするとなるとそれなりの時間がかかるので注意してください。さらにインストールの途中でいくつかの質問が行われます。
たとえばkeyboard-configurationの設定は、特にベストマッチするものがなければ
他にも必要なパッケージがあれば、このタイミングでインストールしましょう。たとえばstarfive.」
root@rootfs:~# apt install language-pack-ja avahi-daemon
ただしメッセージ類も日本語化されてしまうので、使い方によっては再度ロケールを変更したくなるかもしれません。
fstabの作成
/etc/はDebianのそれをそのまま持ってくると良いでしょう。
root@rootfs:~# cat <<EOF > /etc/fstab # <file system> <mount point> <type> <options> <dump> <pass> /dev/mmcblk1p2 /boot vfat defaults 0 2 /dev/mmcblk1p3 / ext4 errors=remount-ro 0 1 EOF
ユーザーの追加
Ubutnu Baseにはパスワードが無効化されたrootしかいません。そこでユーザーを作成しましょう。Ubuntuにはコマンドオプションをシンプルにできるadduserと、細かく設定できるuseraddが存在します。Ubuntuの流儀に合わせるなら、adduserで作るのがおすすめです。--gecos」
root@rootfs:~# adduser --gecos "フルネーム" ユーザー名 Adding user `ユーザー名' ... Adding new group `ユーザー名' (1000) ... Adding new user `ユーザー名' (1000) with group `ユーザー名' ... Creating home directory `/home/ユーザー名' ... Copying files from `/etc/skel' ... New password:（パスワードの入力） Retype new password:（同じパスワードを再入力） passwd: password updated successfully
もしパスワード入力も含めて自動化したいなら、useraddを利用してください。作成したユーザーは、管理者として使いたいのでsudo」
root@rootfs:~# usermod -aG adm,cdrom,sudo,dip,plugdev ユーザー名 root@rootfs:~# id ユーザー名 uid=1000(ユーザー名) gid=1000(ユーザー名) groups=1000(ユーザー名),4(adm),24(cdrom),27(sudo),30(dip),46(plugdev)
ネットワーク関連の設定
ネットワーク関連の設定を行いましょう。Ubuntuはnetplanという仕組みを使って、ネットワークの設定を管理しています。今回は管理ポートにDHCPv4でアドレスを割り触れればいいので、次のように設定できます。
root@rootfs:~# cat <<EOF > /etc/netplan/01-base.yaml
network:
ethernets:
eth0:
dhcp4: true
version: 2
EOF
root@rootfs:~# netplan generate
ただし上記のようにserver-minimalタスクをインストール済みなら、cloud-initが初回起動時に勝手に設定してくれるようです。設定がバッティングしてしまうため、その場合はファイルを作らずにおきましょう。作ってしまった場合は/etc/」
/etc/と/etc/も作っておきます。どちらも
root@rootfs:~# echo "starfive" > /etc/hostname root@rootfs:~# cat <<EOF >/etc/hosts 127.0.0.1 localhost 127.0.1.1 starfive # The following lines are desirable for IPv6 capable hosts ::1 ip6-localhost ip6-loopback fe00::0 ip6-localnet ff00::0 ip6-mcastprefix ff02::1 ip6-allnodes ff02::2 ip6-allrouters EOF
もしSSHにパスワードログインしたいなら、次のように設定しておきましょう。
root@rootfs:~# sed -i 's/^#\(PasswordAuthentication\) .*$/\1 yes/' /etc/ssh/sshd_config
カーネルモジュールのブラックリストの設定
StarFiveのDebianには、カーネルモジュールのブラックリストが追加されていました。理由はわかりませんが、Ubuntuでも設定しておきます。
root@rootfs:~# cat <<EOF > /etc/modprobe.d/blacklist-starfive.conf blacklist starfive_mailbox_test blacklist e24 blacklist xrp blacklist starfive_mailbox EOF
ルートファイルシステムからのログアウト
これでルートファイルシステムの中で実行するコマンドは一通り完了です。ログアウトする際に不要なファイルを削除しておきます。
root@rootfs:~# rm /etc/apt/apt.conf.d/90run-as-root root@rootfs:~# exit logout Container rootfs exited successfully. $ sudo rm rootfs//usr/bin/qemu-riscv64-static
カーネルモジュール等のインストール
カーネルモジュールは、StarFiveのDebianにあるものをそのまま持ってきます。Debianが動いているVisionFive 2が残っているようなら、次のようにSSH経由で一通りコピーしてください。rsyncコマンドなので末尾のスラッシュのあるなしが重要な点に注意してください。
$ sudo rsync -a user@starfive.local:/usr/src/linux-headers-5.15.0-starfive rootfs/usr/src/ $ sudo rsync -a user@starfive.local:/usr/lib/linux-image-5.15.0-starfive rootfs/usr/lib/ $ sudo rsync -a user@starfive.local:/lib/modules/5.15.0-starfive rootfs/lib/modules/
ルートファイルシステムのアーカイブ
再利用しやすいように、ルートファイルシステムをアーカイブしてしまっても良いでしょう。この際ファイルのオーナーやパーミッションが保持されるようにオプションには注意してください。
$ (cd rootfs; sudo tar --same-owner -capf ../visionfive.base.tar.gz *)
VisionFive 2向けのmicroSDカードの作成
ルートファイルシステムができたので、VisionFive 2向けにmicroSDカードを構築します。空のカードからパーティションを切って作っても良いのですが、もしDebianインストール済みのカードの中身を消していいなら、それをそのまま流用するほうが簡単です。ここではその方法を紹介しましょう。
まずはVisionFive 2の電源を切って、microSDカードをPCに接続します。Ubuntuなら/media/」
$ sudo rm -rf /media/shibata/root/*
先ほど作成したルートファイルシステムのアーカイブを、/media/」
$ sudo tar pxf visionfive.base.tar.gz -C /media/shibata/root/ $ sudo sync $ sudo umount /media/shibata/root/
これで準備は完了です。microSDカードをVisionFive 2に接続し直して電源を入れます。シリアルコンソールを繋いでおくと何か問題があってもすぐにわかるのでおすすめです。ただし、なくてもおそらく起動すると思うので、ネットワークポートのアクティビティLEDや、緑色のLEDによるストレージのアクセスから、起動の程度を把握しstarfive.」starfive」/etc/」
shibata@starfive:~$ uname -a Linux starfive 5.15.0-starfive #1 SMP Mon Dec 19 07:56:37 EST 2022 riscv64 riscv64 riscv64 GNU/Linux shibata@starfive:~$ lsb_release -a No LSB modules are available. Distributor ID: Ubuntu Description: Ubuntu 22.04.2 LTS Release: 22.04 Codename: jammy
無事にUbuntu 22.
Ubuntuでのパフォーマンス
試しに第752回と同じように性能を評価してみましょう。まずはfioによるストレージアクセスの結果です。
$ jq -r '.jobs[] | [.jobname, if .read.bw > 0 then .read.bw, .read.iops | round
else .write.bw, .write.iops | round end] | @tsv' \
results.json | column -t --table-columns JOB,KB/s,IOPS --table-right KB/s,IOPS
JOB KB/s IOPS
SEQ1MQ8T1-Read 22993 22
SEQ1MQ8T1-Write 12097 12
SEQ128KQ32T1-Read 23011 180
SEQ128KQ32T1-Write 12041 94
RND4KQ32T16-Read 8298 2075
RND4KQ32T16-Write 2408 602
RND4KQ1T11-Read 6382 1596
RND4KQ1T1-Write 2150 538
Debianのときと結果は同じになりました。カーネルが一緒なので当然といえば当然ですね。
次にsbc-bench.の結果です。
$ sudo ./sbc-bench.sh -c （略） Results validation: * No mismatch between advertised and measured max CPU clockspeed * Background activity (%system) OK * No throttling Memory performance memcpy: 861.3 MB/s memset: 758.3 MB/s 7-zip total scores (3 consecutive runs): 4028,4127,4016, single-threaded: 1179 OpenSSL results: type 16 bytes 64 bytes 256 bytes 1024 bytes 8192 bytes 16384 bytes aes-128-cbc 23357.03k 29324.50k 31249.32k 31819.78k 31976.11k 31943.34k aes-128-cbc 23628.61k 29400.47k 31308.12k 31830.70k 31973.38k 31954.26k aes-192-cbc 20945.81k 25931.18k 27408.04k 27808.43k 27915.61k 27885.57k aes-192-cbc 21130.03k 25807.42k 27401.56k 27799.55k 27918.34k 27891.03k aes-256-cbc 19514.63k 23093.23k 24370.09k 24687.62k 24775.34k 24767.15k aes-256-cbc 19514.07k 23201.19k 24367.02k 24687.96k 24775.34k 24767.15k Full results uploaded to http://ix.io/4q00
前回の比較表にUbuntuを加えると次のようになります。こちらもほぼ一緒です。
| Device | Clock | Kernel | 7-zip multi/ |
AES | memcpy | memset |
|---|---|---|---|---|---|---|
| RasPi 3B+ | 1. |
4. |
3240/ |
36600 | 1130 | 1530 |
| RasPi 4 | 1. |
5. |
5790/ |
36260 | 2330 | 3120 |
| VF2 Debian | 1. |
5. |
4090/ |
6820 | 860 | 760 |
| VF2 Ubuntu | 1. |
5. |
4060/ |
24770 | 860 | 760 |
Debianの結果に比べるとUbuntuの結果のAESが劇的に改善しています。実施ログを確認してみたところ、どうやら利用しているOpenSSLのバージョンが違うようです。
OpenSSL 1.1.1f, built on 31 Mar 2020 OpenSSL 3.0.2, built on 15 Mar 2022 (Library: OpenSSL 3. 0.2 15 Mar 2022)
理由までは調べていないのですが、おそらくこのバージョンの違いが影響したのだと思われます。ただし、そもそもDebianもbookworm/
さらにカスタマイズするなら
もしデスクトップを使ってみたいなら
microSDをストレージに使っている以上、ストレージのI/
UbuntuなのでsnapパッケージやLXDを使えるか確認してみるのも良いでしょう。PCのQEMUで動かすRISC-V環境と比較して、RISC-Vのビルド環境としてどちらが高速化を比較してみるのも良いかもしれません。