はじめに¶

FreeBSD ユーザのたなかです。OpenBlocks A6 で遊んでいるところを弊社のくろまく [1] に見つかり、この記事を書くことになりました。くろまくこわい。

というわけで、今回は FreeBSD を OpenBlocks A6 に移植したときの作業内容をまとめてみました [2]。

使用機材¶

今回は以下の機材を用意して移植を試みました。

• OpenBlocks A6

  ぷらっとホーム株式会社の新型 OpenBlocks。弊社の NetBSD コミッタ清原が個人的にお借りした発売前の開発版です。本記事中では A6 と呼ぶことにします。

  A6 には Marvell 88F6282 (Kirkwood) という SoC が搭載されています [3]。清原によると SheevaPlug に搭載されている Marvell 88F6281 とほぼ同じものだそうです。

• 母艦 (FreeBSD 9-STABLE r237988)

  FreeBSD マシンです。ここで FreeBSD カーネルの改造や buildkernel, buildworld を実施します。NFS/TFTP/DHCP サーバも母艦が担当します。

• RJ45 - RS232C 変換アダプタ (クロス)

  A6 付属品です。パッケージ構成によっては付属していないので注意してください。この変換アダプタ自体はクロスなので、ストレートのシリアルケーブルを使用して母艦と接続します。

• シリアルケーブル (ストレート)

  母艦を A6 のシリアルコンソールへ接続するのに使います。たなかは USB - RS232C 変換ケーブルを使用しました。FreeBSD からは /dev/cuaU0 として見えるようになります。

• USB2.0 イーサネットアダプタ

  たなかは社内ネットワークに A6 を繋げたくないので、PLANEX UE-1000T-G2 を母艦に挿して A6 と直結しました。FreeBSD からは ue0 として見えるようになります。このネットワークで後述の dnsmasq を動かし、TFTP ブート、NFSROOT を実現します。

• LAN ケーブル (クロス)

  母艦の USB2.0 イーサネットアダプタと A6 のイーサネットポートの直結に使用します。

• dnsmasq

  母艦を TFTP/DHCP サーバにするために使用します。すでに DHCP サーバの存在するネットワークで使用する場合、DHCP サーバではなく Proxy DHCP サーバとして稼働させてください。

• FreeBSD 9-STABLE r237988 のソースコード

  FreeBSD のソースコードです。これを改造して A6 で FreeBSD を動くようにします。

• データシート

  一般公開されているデータシートです。カーネル改造、ドライバ作成の参考にします。

  • Marvell 88F6281

    http://www.marvell.com/embedded-processors/kirkwood/assets/HW_88F6281_OpenSource.pdf

    http://www.marvell.com/embedded-processors/kirkwood/assets/FS_88F6180_9x_6281_OpenSource.pdf

  • SII S35390A

    http://datasheet.sii-ic.com/jp/real_time_clock/S35390A_J.pdf

移植手順¶

移植は以下の通りに進めました。

1. 母艦を NFS/TFTP/DHCP サーバにします
2. FreeBSD のソースコードを取得します
3. FreeBSD カーネルを改造します
4. ベースシステムおよび改造したカーネルを母艦でクロスコンパイルします
5. 改造した FreeBSD カーネルでブートします
6. ログインできたら移植完了

基本的に、カーネルが起動できるようになるまで 3 ～ 5 を繰り返します。NFS で / を マウントしてログインできるようになったら移植完了です [4]。

母艦を NFS/TFTP/DHCP サーバにする¶

組み込み開発では TFTP ブート、NFSROOT が便利です。本章では母艦を NFS/ TFTP/DHCP サーバにします。このうち TFTP/DHCP サーバには dnsmasq を使用します。

# NFSv3 server
rpcbind_enable="YES"
rpc_statd_enable="YES"
rpc_lockd_enable="YES"
mountd_enable="YES"
mountd_flags="-r"
nfs_server_enable="YES"
nfs_server_flags="-u -t -n 2"
nfsd_enable="YES"

/export/openblocksa6 -maproot=root -alldirs -network 192.168.3.0 -mask 255.255.255.0

diff -u /etc/hosts.allow.old /etc/hosts.allow
- rpcbind : ALL : deny
+ rpcbind : 192.168.3.0/255.255.255.0 : allow

make config-recursive install -C /usr/ports/dns/dnsmasq

port=0                                      # DNS サーバとして動作しないようにします
interface=ue0                               # dnsmasq の動作する I/F を限定します
enable-tftp                                 # TFTP サーバとして動作させます
dhcp-range=192.168.3.100,192.168.3.200,24h  # TFTP ブートした FreeBSD に IPv4 アドレスを配ります
dhcp-option=17,"/export/openblocksa6"       # TFTP ブートした FreeBSD に NFSROOT のパスを教えます

dnsmasq -C /usr/local/etc/dnsmasq.conf

hostname="openblocksa6.soum.co.jp"
sshd_enable="YES"
sendmail_enable="NONE"
rpcbind_enable="YES"
rpc_statd_enable="YES"
rpc_lockd_enable="YES"
nfsclient_enable="YES"
ifconfig_mge0="DHCP"

FreeBSD のソースコードを取得する¶

移植作業に入る前に、FreeBSD のソースコードを取得します。本章では Subversion をインストールして FreeBSD のソースコードを取得します。

まず Subversion をインストールします。コンパイルオプションはデフォルトのままで OK です

make config-recursive install -C /usr/ports/devel/subversion

Subversion をインストールしたら、FreeBSD のソースコードを取得します

svn co -r r237988 svn://svn.freebsd.org/base/stable/9 /usr/src

FreeBSD カーネルを改造する¶

本章では取得した FreeBSD のソースコードを改造します。作成したパッチは こちら。NetBSD のソースコードや A6 同梱のドキュメント、Marvell や SII のデータシートを参考にしています。

grep -r 6281 /usr/src/sys

ベースシステムおよび改造したカーネルを母艦でクロスコンパイルする¶

本章では、いよいよ母艦でカーネルとベースシステムをクロスコンパイルします。まずはクロスコンパイルのために環境変数を設定します

export TARGET_ARCH=arm               # A6 の SoC にあわせて arm でクロスコンパイルします
export KERNCONF=OPENBLOCKSA6         # A6 用に作ったカーネルコンフィグを使います
export DESTDIR=/export/openblocksa6  # ここに A6 が NFS マウントする / (NFSROOT) を作ります
export CROSS_BUILD_TESTING=yes       # /usr/obj ではなく /usr/obj/arm.arm にバイナリを出力するようにします
export TFTPBOOT=/tftpboot            # ここに TFTP ブートしたい FreeBSD カーネルを配置します

続いて、buildworld, buildkernel でベースシステムとカーネルを作ります。最近の組み込み系では Flattened Device Tree を使用してデバイスを認識するらしいので -D で WITH_FDT を定義しています

mkdir -p ${TFTPBOOT}
mkdir -p ${DESTDIR}
cd /usr/src
make buildworld -DWITH_FDT
make buildkernel
cp /usr/obj/arm.arm/usr/src/sys/${KERNCONF}/kernel.bin ${TFTPBOOT}/kernel.bin
make installworld distribution

たなかの母艦では、buildworld, buildkernel にそれぞれ 5400sec, 360sec かかりました。/usr/obj/arm.arm, ${DESTDIR} については、それぞれ 800MB, 230MB 消費しました [7]。

改造した FreeBSD カーネルでブートする¶

本章では前章で作成したカーネルで TFTP ブートし、母艦の ${DESTDIR} を NFS で / にマウントしてログインします。

まず、シリアルケーブルと cu コマンドで A6 に接続します

cu -l /dev/cuaU0 -115200

接続したら、A6 の電源を入れます。U-Boot が起動して「NAND: 」が表示されたら直ぐに適当なキーを押下して U-Boot のプロンプトを表示させます。プロンプトが表示されたら、下記のように入力して FreeBSD カーネルを TFTP ブートします

tftpboot 0x900000 kernel.bin
go 0x900000

0x900000 はカーネルのロードアドレスです。これは sys/arm/mv/kirkwood/std.kirkwood に記述されています。ブートメッセージが流れ、/ を NFS マウントして「login: 」が表示されたら「root」でログインします。これで移植は完了です。

まとめ¶

今回は OpenBlocks A6 に FreeBSD を移植しました。FreeBSD コミッタの佐藤先生も、ほぼ同等のパッチを FreeBSD 10-CURRENT にコミットされています [8]。本記事で作成したパッチに含まれる S35390A ドライバについては、佐藤先生に送付しました。若干の手直しの後、無事にコミットされました [9]。

A6 の 上位機種である AX3 に関しては、8/15 付けで FreeBSD 10-CURRENT に Marvell Armada XP 対応コードが入りました。MPP の設定値を弄ってビルドしてみましたが、コンソールに文字を出すことすらできませんでした。ゴールは遠そうです。

最後に本記事で作成したパッチと各種バイナリを置いておきます。興味のある方は A6 を購入して、遊んでみてください。

• 今回作成した FreeBSD のパッチ
• 今回 TFTP ブートに使用したカーネル
• 今回 NFSROOT に使用したベースシステム