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riscv: add support for multi-hart systems
authorLukas Auer <lukas.auer@aisec.fraunhofer.de>
Sun, 17 Mar 2019 18:28:37 +0000 (19:28 +0100)
committerAndes <uboot@andestech.com>
Mon, 8 Apr 2019 01:44:26 +0000 (09:44 +0800)
On RISC-V, all harts boot independently. To be able to run on a
multi-hart system, U-Boot must be extended with the functionality to
manage all harts in the system. All harts entering U-Boot are registered
in the available_harts mask stored in global data. A hart lottery system
as used in the Linux kernel selects the hart U-Boot runs on. All other
harts are halted. U-Boot can delegate functions to them using
smp_call_function().

Every hart has a valid pointer to the global data structure and a 8KiB
stack by default. The stack size is set with CONFIG_STACK_SIZE_SHIFT.

Signed-off-by: Lukas Auer <lukas.auer@aisec.fraunhofer.de>
Reviewed-by: Anup Patel <anup.patel@wdc.com>
Reviewed-by: Bin Meng <bmeng.cn@gmail.com>
Tested-by: Bin Meng <bmeng.cn@gmail.com>
arch/riscv/Kconfig
arch/riscv/cpu/cpu.c
arch/riscv/cpu/start.S
arch/riscv/include/asm/csr.h
arch/riscv/lib/asm-offsets.c

index 9da609b33b148dc2ac1e172d2a7c915d87c2777e..3a4470daf3f33791a41804def025e170594c190d 100644 (file)
@@ -144,4 +144,8 @@ config SBI_IPI
        default y if RISCV_SMODE
        depends on SMP
 
+config STACK_SIZE_SHIFT
+       int
+       default 13
+
 endmenu
index e662140427a563caaef8c1ffe5c2e710db4811ca..c32de8a4c3e64acec63b86dc8845683e6192fbc2 100644 (file)
 #include <dm/uclass-internal.h>
 
 /*
- * prior_stage_fdt_address must be stored in the data section since it is used
+ * The variables here must be stored in the data section since they are used
  * before the bss section is available.
  */
 phys_addr_t prior_stage_fdt_address __attribute__((section(".data")));
+u32 hart_lottery __attribute__((section(".data"))) = 0;
+
+/*
+ * The main hart running U-Boot has acquired available_harts_lock until it has
+ * finished initialization of global data.
+ */
+u32 available_harts_lock = 1;
 
 static inline bool supports_extension(char ext)
 {
index bcc0ff696dc11fc5708c5e7ac9017d0632914b47..f55b8cbc371f2dc26e8e3b92c14101dd2e8835d8 100644 (file)
@@ -13,6 +13,7 @@
 #include <config.h>
 #include <common.h>
 #include <elf.h>
+#include <asm/csr.h>
 #include <asm/encoding.h>
 #include <generated/asm-offsets.h>
 
@@ -45,6 +46,23 @@ _start:
        /* mask all interrupts */
        csrw    MODE_PREFIX(ie), zero
 
+#ifdef CONFIG_SMP
+       /* check if hart is within range */
+       /* tp: hart id */
+       li      t0, CONFIG_NR_CPUS
+       bge     tp, t0, hart_out_of_bounds_loop
+#endif
+
+#ifdef CONFIG_SMP
+       /* set xSIE bit to receive IPIs */
+#ifdef CONFIG_RISCV_MMODE
+       li      t0, MIE_MSIE
+#else
+       li      t0, SIE_SSIE
+#endif
+       csrs    MODE_PREFIX(ie), t0
+#endif
+
 /*
  * Set stackpointer in internal/ex RAM to call board_init_f
  */
@@ -56,7 +74,30 @@ call_board_init_f:
 call_board_init_f_0:
        mv      a0, sp
        jal     board_init_f_alloc_reserve
+
+       /*
+        * Set global data pointer here for all harts, uninitialized at this
+        * point.
+        */
+       mv      gp, a0
+
+       /* setup stack */
+#ifdef CONFIG_SMP
+       /* tp: hart id */
+       slli    t0, tp, CONFIG_STACK_SIZE_SHIFT
+       sub     sp, a0, t0
+#else
        mv      sp, a0
+#endif
+
+       /*
+        * Pick hart to initialize global data and run U-Boot. The other harts
+        * wait for initialization to complete.
+        */
+       la      t0, hart_lottery
+       li      s2, 1
+       amoswap.w s2, t1, 0(t0)
+       bnez    s2, wait_for_gd_init
 
        la      t0, prior_stage_fdt_address
        SREG    s1, 0(t0)
@@ -66,6 +107,33 @@ call_board_init_f_0:
        /* save the boot hart id to global_data */
        SREG    tp, GD_BOOT_HART(gp)
 
+       la      t0, available_harts_lock
+       fence   rw, w
+       amoswap.w zero, zero, 0(t0)
+
+wait_for_gd_init:
+       la      t0, available_harts_lock
+       li      t1, 1
+1:     amoswap.w t1, t1, 0(t0)
+       fence   r, rw
+       bnez    t1, 1b
+
+       /* register available harts in the available_harts mask */
+       li      t1, 1
+       sll     t1, t1, tp
+       LREG    t2, GD_AVAILABLE_HARTS(gp)
+       or      t2, t2, t1
+       SREG    t2, GD_AVAILABLE_HARTS(gp)
+
+       fence   rw, w
+       amoswap.w zero, zero, 0(t0)
+
+       /*
+        * Continue on hart lottery winner, others branch to
+        * secondary_hart_loop.
+        */
+       bnez    s2, secondary_hart_loop
+
        /* Enable cache */
        jal     icache_enable
        jal     dcache_enable
@@ -95,7 +163,14 @@ relocate_code:
  *Set up the stack
  */
 stack_setup:
+#ifdef CONFIG_SMP
+       /* tp: hart id */
+       slli    t0, tp, CONFIG_STACK_SIZE_SHIFT
+       sub     sp, s2, t0
+#else
        mv      sp, s2
+#endif
+
        la      t0, _start
        sub     t6, s4, t0              /* t6 <- relocation offset */
        beq     t0, s4, clear_bss       /* skip relocation */
@@ -175,13 +250,30 @@ clear_bss:
        add     t0, t0, t6              /* t0 <- rel __bss_start in RAM */
        la      t1, __bss_end           /* t1 <- rel __bss_end in FLASH */
        add     t1, t1, t6              /* t1 <- rel __bss_end in RAM */
-       beq     t0, t1, call_board_init_r
+       beq     t0, t1, relocate_secondary_harts
 
 clbss_l:
        SREG    zero, 0(t0)             /* clear loop... */
        addi    t0, t0, REGBYTES
        bne     t0, t1, clbss_l
 
+relocate_secondary_harts:
+#ifdef CONFIG_SMP
+       /* send relocation IPI */
+       la      t0, secondary_hart_relocate
+       add     a0, t0, t6
+
+       /* store relocation offset */
+       mv      s5, t6
+
+       mv      a1, s2
+       mv      a2, s3
+       jal     smp_call_function
+
+       /* restore relocation offset */
+       mv      t6, s5
+#endif
+
 /*
  * We are done. Do not return, instead branch to second part of board
  * initialization, now running from RAM.
@@ -202,3 +294,43 @@ call_board_init_r:
  * jump to it ...
  */
        jr      t4                      /* jump to board_init_r() */
+
+#ifdef CONFIG_SMP
+hart_out_of_bounds_loop:
+       /* Harts in this loop are out of bounds, increase CONFIG_NR_CPUS. */
+       wfi
+       j       hart_out_of_bounds_loop
+#endif
+
+#ifdef CONFIG_SMP
+/* SMP relocation entry */
+secondary_hart_relocate:
+       /* a1: new sp */
+       /* a2: new gd */
+       /* tp: hart id */
+
+       /* setup stack */
+       slli    t0, tp, CONFIG_STACK_SIZE_SHIFT
+       sub     sp, a1, t0
+
+       /* update global data pointer */
+       mv      gp, a2
+#endif
+
+secondary_hart_loop:
+       wfi
+
+#ifdef CONFIG_SMP
+       csrr    t0, MODE_PREFIX(ip)
+#ifdef CONFIG_RISCV_MMODE
+       andi    t0, t0, MIE_MSIE
+#else
+       andi    t0, t0, SIE_SSIE
+#endif
+       beqz    t0, secondary_hart_loop
+
+       mv      a0, tp
+       jal     handle_ipi
+#endif
+
+       j       secondary_hart_loop
index 86136f542c7aac89e7221b429a912206d890e8db..644e6baa1579787bf562b404ee2fcdc1ff595a04 100644 (file)
@@ -46,6 +46,7 @@
 #endif
 
 /* Interrupt Enable and Interrupt Pending flags */
+#define MIE_MSIE       _AC(0x00000008, UL) /* Software Interrupt Enable */
 #define SIE_SSIE       _AC(0x00000002, UL) /* Software Interrupt Enable */
 #define SIE_STIE       _AC(0x00000020, UL) /* Timer Interrupt Enable */
 
index e0b71f569191ad95e1ecdc51f8e2385e04bcde94..f998402bd1bf398f7b6b757f8e921dffb3727a06 100644 (file)
@@ -14,6 +14,7 @@
 int main(void)
 {
        DEFINE(GD_BOOT_HART, offsetof(gd_t, arch.boot_hart));
+       DEFINE(GD_AVAILABLE_HARTS, offsetof(gd_t, arch.available_harts));
 
        return 0;
 }