在 gem5 上运行 Bao hypervisor

Nov 12, 2024 • Hidemasa Kawasaki¹, Soramichi Akiyama¹.

¹ Ritsumeikan University

本文介绍了一种通过 VExpress_GEM5_Foundation 平台在 gem5 上执行 Bao Hypervisor [1] 的方法，能够同时执行两个未修改的 Linux 虚拟机。

它在 “x86_64 Ubuntu 22.04” 上进行了测试。

获取和构建软件

安装在 gem5 上运行 Bao Hypervisor 所需的工具。

sudo apt update
sudo apt install git tree scons gcc g++ python3-dev \
make automake device-tree-compiler \
bison flex libssl-dev

创建目录以存储构建输出：

mkdir -p resources/binaries resources/semihosting

下载和设置工具链

从 Arm Developer’s 网站下载最新的裸机交叉编译工具链 “aarch64-none-elf“。在 “arm-gnu-toolchain-13.3.rel1-x86_64-aarch64-none-elf” 上进行了测试。

下载 aarch64 的交叉编译器后，应解压文件。然后，将交叉编译器前缀定义为 CROSS_COMPILE 环境变量。

以下示例演示了 “arm-gnu-toolchain-13.3.rel1-x86_64-aarch64-none-elf.tar.xz” 的安装。设置环境变量时，请注意不要忘记末尾的 “-“。

# Downloaded "arm-gnu-toolchain-13.3.rel1-x86_64-aarch64-none-elf.tar.xz"
# to current directory, then following command should be executed.
tar xvf arm-gnu-toolchain-13.3.rel1-x86_64-aarch64-none-elf.tar.xz
export CROSS_COMPILE=$(pwd)/arm-gnu-toolchain-13.3.rel1-x86_64-aarch64-none-elf/bin/aarch64-none-elf-

设置基础环境和构建自动化

获取用于构建 Bao Hypervisor 和 Linux 的 git 仓库。然后，使用 make 命令构建它。

git clone https://github.com/h1demasa/bao-demos.git
cd bao-demos
make -j $(nproc)

构建完成后，将生成的二进制文件复制到 gem5 将使用的目录。

cp wrkdir/imgs/fvp-a/fip.bin ../resources/binaries/fip.bin
cp wrkdir/imgs/fvp-a/bl1.bin ../resources/binaries/bl1.bin
cp wrkdir/imgs/fvp-a/linux+linux/bao.bin ../resources/semihosting/bao.bin

在继续之前，返回到父目录并检查您的资源目录是否具有以下结构：

cd ../
tree resources/

resources
    binaries
        bl1.bin
        fip.bin
    semihosting
        bao.bin

gem5（模拟器）

要在 gem5 上运行 Bao Hypervisor，请构建 gem5。

由于性能监视器控制寄存器未在 gem5 中实现，当 Bao 运行时会产生大量警告日志。这些日志影响 gem5 的执行性能。为了防止这些警告日志，请将以下补丁应用到 gem5。

git clone https://github.com/gem5/gem5.git -b v24.0.0.1
cd gem5
git apply ../bao-demos/platforms/gem5/gem5.patch

使用上述更改构建 gem5：

scons -j $(nproc) build/ARM/gem5.opt
cd -
make -C gem5/util/term

运行并连接到模拟

现在您可以运行模拟：

export M5_PATH=resources/ && \
	gem5/build/ARM/gem5.opt gem5/configs/example/arm/baremetal.py \
	   --workload ArmTrustedFirmware \
	   --num-cores 4 \
	   --mem-size 4GB \
	   --machine-type VExpress_GEM5_Foundation \
	   --semi-enable --semi-path resources/semihosting

并连接到它：

gem5/util/term/m5term 3456 # Trusted Firmware-A, U-boot 和 Bao Hypervisor
gem5/util/term/m5term 3457 # VM 1 (Linux)
gem5/util/term/m5term 3458 # VM 2 (Linux)

建议您观察引导加载程序的各个阶段以及指示 Bao Hypervisor 引导过程的文本，可以通过端口 3456 访问。同样，Linux 内核引导序列可以通过端口 3457 和端口 3458 观察。一旦引导过程完成，登录 shell 就会启动。您可以通过端口 3457 和 3458 访问它。此登录的用户名和密码是 “root”。

在我的环境中，Linux 登录 shell 启动需要一个小时。请等待，同时享受一杯咖啡。

演示

这是在 gem5 上运行 Bao Hypervisor 的演示视频。

[1] José Martins, Adriano Tavares, Marco Solieri, Marko Bertogna, and Sandro Pinto. “Bao: A Lightweight Static Partitioning Hypervisor for Modern Multi-Core Embedded Systems”. In Workshop on Next Generation Real-Time Embedded Systems (NG-RES 2020). Schloss Dagstuhl-Leibniz-Zentrum für Informatik. 2020. https://drops.dagstuhl.de/opus/volltexte/2020/11779/