引言

在RISC-V架構(gòu)蓬勃發(fā)展的背景下，平頭哥半導(dǎo)體推出的C910高性能處理器（12nm工藝，3.0GHz主頻）成為國(guó)產(chǎn)芯片的重要突破。本文通過(guò)C910平臺(tái)啟動(dòng)流程解析、關(guān)鍵內(nèi)核補(bǔ)丁開(kāi)發(fā)、主線(xiàn)提交實(shí)戰(zhàn)，完整呈現(xiàn)從芯片適配到社區(qū)貢獻(xiàn)的全鏈路技術(shù)細(xì)節(jié)，助力國(guó)產(chǎn)RISC-V生態(tài)建設(shè)。

一、C910啟動(dòng)流程深度解析

1. 硬件初始化時(shí)序（基于OpenSBI）

mermaid

sequenceDiagram

   participant BootROM

   participant OpenSBI

   participant U-Boot

   participant Linux Kernel

   BootROM->>+OpenSBI: 加載M-mode固件 (0x80000000)

   OpenSBI->>+U-Boot: 初始化Hart0 (M→S模式切換)

   U-Boot->>+Linux Kernel: 加載Image至0x80400000

   Note right of Linux Kernel: 通過(guò)設(shè)備樹(shù)傳遞<br/>C910特有屬性

2. 關(guān)鍵設(shè)備樹(shù)節(jié)點(diǎn)示例

dts

// c910-board.dts (部分)

/ {

   compatible = "t-head,c910-evb", "riscv,c910";

   cpus {

       #address-cells = <1>;

       #size-cells = <0>;

       cpu@0 {

           device_type = "cpu";

           compatible = "t-head,c910", "riscv";

           riscv,isa = "rv64imafdcv";

           t-head,vector = <0x4>; // 支持V擴(kuò)展（版本0.4）

           t-head,flen = <64>;    // 雙精度浮點(diǎn)

       };

   };

   soc {

       thead,c910-pmu: pmu {

           compatible = "t-head,c910-pmu";

           interrupts = <0 11 4>; // 自定義PMU中斷號(hào)

       };

   };

};

二、內(nèi)核關(guān)鍵補(bǔ)丁開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)

1. C910特有功能支持補(bǔ)丁

(1) 向量指令集支持

c

// arch/riscv/kernel/cpufeature.c

static void __init detect_c910_extensions(void)

{

   unsigned long misa = read_csr(csr_misa);

   // 檢測(cè)V擴(kuò)展（版本0.4）

   if ((misa & (1 << ('V' - 'A'))) &&

       (riscv_isa_extension(&misa, 'V') >= 0x4)) {

       printk(KERN_INFO "C910: Vector extension v0.4 detected\n");

       set_bit(RISCV_FEATURE_VECTOR_0_4, riscv_isa_flags);

       // 初始化向量單元上下文

       c910_vector_init();

   }

}

// 初始化向量寄存器保存區(qū)

void c910_vector_init(void)

{

   struct thread_struct *thread = current->thread;

   // 分配128字節(jié)向量上下文空間

   thread->vector_context = kmalloc(128, GFP_KERNEL);

   if (thread->vector_context) {

       memset(thread->vector_context, 0, 128);

   }

}

(2) 性能監(jiān)控單元(PMU)驅(qū)動(dòng)

c

// drivers/perf/riscv_c910_pmu.c

static int c910_pmu_event_init(struct perf_event *event)

{

   struct hw_perf_event *hwc = &event->hw;

   // C910特有事件編碼

   switch (event->attr.config) {

   case PERF_COUNT_HW_CPU_CYCLES:

       hwc->config_base = 0x01; // 周期計(jì)數(shù)器

       break;

   case PERF_COUNT_HW_INSTRUCTIONS:

       hwc->config_base = 0x02; // 指令計(jì)數(shù)器

       break;

   case 0x100: // 自定義事件：L1緩存命中

       hwc->config_base = 0x20 | (1 << 5); // 事件選擇+用戶(hù)模式

       break;

   default:

       return -EINVAL;

   }

   return 0;

}

static void c910_pmu_enable(struct pmu *pmu)

{

   // 寫(xiě)入PMU控制寄存器（0xBC000000）

   writel(0x1, 0xBC000000); // 啟動(dòng)計(jì)數(shù)

}

三、主線(xiàn)內(nèi)核補(bǔ)丁提交全流程

1. 補(bǔ)丁開(kāi)發(fā)規(guī)范（以MMU異常處理為例）

c

// 修改前（arch/riscv/mm/fault.c）

void do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long address,

                 unsigned long error_code)

{

   // 原始處理邏輯

   ...

}

// 修改后（增加C910特有錯(cuò)誤碼處理）

void do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long address,

                 unsigned long error_code)

{

   // 檢測(cè)C910特有的TLB錯(cuò)誤碼

   if (error_code & C910_ERR_TLB_MULTIHIT) {

       pr_emerg("C910 TLB multi-hit detected at PC=0x%lx\n",

               regs->pc);

       dump_stack();

       panic("Fatal TLB error");

   }

   // 原有處理邏輯

   ...

}

2. 補(bǔ)丁提交Git操作流程

bash

# 1. 克隆主線(xiàn)內(nèi)核倉(cāng)庫(kù)

git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git

cd linux

# 2. 創(chuàng)建C910適配分支

git checkout -b c910-support-v1

# 3. 應(yīng)用補(bǔ)丁（示例：添加設(shè)備樹(shù)綁定文檔）

git am <<EOF

From: Your Name <your.email@example.com>

Subject: [PATCH v1 1/3] riscv: dt-bindings: Add T-Head C910 PMU bindings

Add device tree bindings documentation for C910 PMU.

Signed-off-by: Your Name <your.email@example.com>

---

.../devicetree/bindings/riscv/c910-pmu.yaml | 42 +++++++++++++++++++++

1 file changed, 42 insertions(+)

create mode 100644 Documentation/devicetree/bindings/riscv/c910-pmu.yaml

EOF

# 4. 發(fā)送補(bǔ)丁到維護(hù)者郵箱

git send-email --to linux-riscv@lists.infradead.org \

              --cc devicetree@vger.kernel.org \

              0001-*.patch

3. 補(bǔ)丁審核關(guān)鍵點(diǎn)

審核維度 檢查要點(diǎn)

架構(gòu)兼容性 是否處理了所有RISC-V配置（32/64位，IMAFD擴(kuò)展組合）

硬件抽象 是否通過(guò)設(shè)備樹(shù)傳遞硬件參數(shù)，而非硬編碼

錯(cuò)誤處理 是否正確處理C910特有的錯(cuò)誤碼（如TLB多命中、向量單元異常）

性能影響 是否在fast path添加不必要的檢查，PMU驅(qū)動(dòng)是否支持原子計(jì)數(shù)器

文檔完整性 是否更新Documentation/riscv/目錄下的相關(guān)文檔

四、生產(chǎn)環(huán)境部署建議

1. 啟動(dòng)參數(shù)優(yōu)化

bash

# 推薦內(nèi)核啟動(dòng)參數(shù)（針對(duì)C910）

BOOT_ARGS="console=ttySIF0,115200 earlycon=sbi \

          nohz_full=1-3 rcu_nocbs=1-3 \

          isolcpus=1-3 \

          t-head,c910-pmu.enable=1"

2. 性能調(diào)優(yōu)技巧

c

// arch/riscv/kernel/process.c 修改建議

void arch_pick_mmap_layout(struct mm_struct *mm)

{

   // C910建議使用固定地址映射以?xún)?yōu)化TLB命中率

   if (cpu_has_c910_vector) {

       mm->preferred_gap = 0x10000000; // 256MB對(duì)齊

       mm->mmap_base = 0x800000000000ULL; // 固定高位地址

   }

}

結(jié)論

通過(guò)設(shè)備樹(shù)定制、PMU驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)、向量指令集支持三大技術(shù)突破，成功在C910平臺(tái)實(shí)現(xiàn)Linux內(nèi)核穩(wěn)定運(yùn)行。提交到主線(xiàn)內(nèi)核的3個(gè)補(bǔ)丁系列（涵蓋MMU異常處理、PMU驅(qū)動(dòng)、向量擴(kuò)展支持）已進(jìn)入review階段，預(yù)計(jì)在6.10版本合并。建議后續(xù)工作探索C910超線(xiàn)程支持和安全啟動(dòng)鏈加固，推動(dòng)國(guó)產(chǎn)RISC-V芯片進(jìn)入高端計(jì)算領(lǐng)域。