bc10-router

bc10-router kernel 更新 †

bc10-router の起動イメージとして
arago-project の beagleboard 用 arago-console-image を使用した場合、
linux kernel の version は 3.3.7 になります。

これは、{HOME}/oe/arago/conf/machine/beagleboard.conf に書かれている

PREFERRED_PROVIDER_virtual/kernel = "linux-stable"

から {HOME}/oe/arago/recipes/linux/linux-stable_3.3.bb が kernel ビルド時の設定として使用されるためです。

git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/stable/linux-stable.git から 3.3.7 stable kernel を clone し、
beagleboard 向けに {HOME}/oe/arago/recipes/linux/linux-stable/ にある

の二つの patch を当てたものが bitbake でビルドされます。

この default の kernel を使用した場合も家庭用ルーターとしては十分な性能を得られていますが、
以下のような点に関して性能を追及するため kernel を更新し、性能に改善がみられるか確認を行いました。

Android を使用したスマートフォンなどの普及により、 Linux kernel の ARM SoC 向けソースコードは
近年開発が非常に活発になっており、kernel を更新することで Ethernet や無線LANのドライバー、無線LANサブシステム、
パワーマネージメントなどの性能向上が見込めるためです。

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kernel 更新手順 †

bc10 向けの kernel の更新は beagleboard 向けの kernel 更新と同じソースコードを利用して行います。

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RobertCNelson リポジトリ †

Beagleboard、Pandaboard など TI の OMAP/Sitara シリーズ SoC 向けのパッチを含むカーネルビルド環境を提供している
RobertCNelsonリポジトリ
https://github.com/RobertCNelson/linux-dev
から環境一式を取得します。

$ mkdir {work_dir}
$ cd ~/{work_dir}
$ git clone https://github.com/RobertCNelson/linux-dev.git
$ cd linux-dev

作業時点での master branch がどの version の kernel をビルドする設定になっているか、version.sh を確認します。

#Kernel/Build
KERNEL_REL=3.8
KERNEL_TAG=${KERNEL_REL}-rc3
BUILD=d0

2013年1月末時点で default は 3.8 の開発ブランチになっているので、すでに安定版がリリースされている 3.7 にブランチを切り替えます。

$ git branch -a
* master
  remotes/origin/HEAD -> origin/master
  remotes/origin/am33x-v3.1
  remotes/origin/am33x-v3.2
  remotes/origin/am33x-v3.6
  remotes/origin/am33x-v3.7
  remotes/origin/master

$ git checkout -b am33x-v3.7 remotes/origin/am33x-v3.7

ビルド対象を切り替えたら設定ファイルの整備を行います。
予め用意されている sample をコピーし、

$ cp system.sh.sample system.sh

ARM GCC CROSS Compiler と、uImage のビルドに関する設定がコメントアウトされているのを
有効に戻し、設定を行います。

#ARM GCC CROSS Compiler: (See hints in Readme, for different gcc cross compiler versions)
#CC=arm-linux-gnueabi-
CC=arm-arago-linux-gnueabi-

###OPTIONAL: BUILD_UIMAGE: also build uImage vs just zImage
#
BUILD_UIMAGE=1

###OPTIONAL: ZRELADDR: needed when building uImage's.
#
##For TI: OMAP3/4/AM35xx
ZRELADDR=0x80008000

ti-sdk-beagleboard-05.05.01.00 の Cross Toolchain へ PATH を通してから
build_kernel.sh を実行します。

$ export PATH={HOME}/ti-sdk-beagleboard-05.05.01.00/linux-devkit/bin:$PATH
$ ./build_kernel.sh

実行すると {HOME}/linux-src/ に kernel ソースを git clone し、
そこから ~/{work_dir}/linux-dev/KERNEL に 3.7.2 を checkout 後、
ARM 用 OMAP 用 beagleboard 用の各種 patch を当てた上で menuconfig を行い（kernel config 用コンソールが開きます）、
config を終了して save すると（save 後の .config は filebc10-router-3.7.2.config ）ビルドが実行され
deploy ディレクトリに以下のようなファイルが生成されます。

$ ls -1
3.7.2-bone4.1-dtbs.tar.gz
3.7.2-bone4.1-firmware.tar.gz
3.7.2-bone4.1-headers.tar.gz
3.7.2-bone4.1-modules.tar.gz
3.7.2-bone4.1.config
3.7.2-bone4.1.uImage
3.7.2-bone4.1.zImage
dtbs/
fir/
headers/
mod/

dtbs は 3.7 から ARM アーキテクチャーでも対応された DeviceTree 起動に必要なファイルですが、
今回は使用しません。
uImage（3.7.2-bone4.1.uImage）と modules（3.7.2-bone4.1-modules.tar.gz）だけを使用します。

一度 build_kernel.sh によるビルドが終わった後再度ビルドを行いたい場合は tools ディレクトリにある rebuild.sh を利用します。

$ ./tools/rebuild.sh

ビルド出来たこれらのファイルを bc10-router/arago-project で作成した bc10-router 起動イメージにコピーして使用します。
起動用SDカードは fat パーティションが /media/FAT に、ext3 パーティションが /media/EXT3 に mount されているものとします。

$ sudo -s
# cp 3.7.2-bone4.1.uImage /media/FAT/uImage
# tar xvfz 3.7.2-bone4.1-modules.tar.gz -C /media/EXT3

RobertCNelson リポジトリの 3.7.2 kernel への更新はこれで完了です。

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kernel.org †

arago project の default kernel は、3.3.7 stable kernel に
DVI 出力のための gpio の修正と uart のマルチプレクサの修正を加えているだけで、
bc10 を起動するのに必要な beagleboard 向けのその他の修正は
3.3.7 以降の mainline kernel にはすでに取り込まれています。
そこで、kernel.org で配布されている stable ブランチを使用して kernel を更新する手順も
確認しておきます。

まず kernel.org から最新 stable ブランチの kernel ソースコードを取得します。

$ cd ~/
$ wget http://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.0/linux-3.7.2.tar.bz2
$ tar xvfj linux-3.7.2.tar.bz2

ti-sdk-beagleboard-05.05.01.00 の Cross Toolchain へ PATH を通します。

$ export PATH={HOME}/ti-sdk-beagleboard-05.05.01.00/linux-devkit/bin:$PATH

kernel config はできるだけ arago project の default kernel と揃えるため、
3.3.7 をビルドした際の .config を元に作業し oldconfig を実行します。

$ cp {HOME}/oe/arago-tmp/work/beagleboard-arago-linux-gnueabi/linux-stable-3.3.7-r115/git/.config .
$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-arago-linux-gnueabi- oldconfig

3.3.7 にはなかった 3.7.2 の新しい設定項目をどう設定するかをコンソール上で聞かれるので設定していきます。
（Y で kenrnel 組み込みにするか、N で無効にするか、m でモジュールにするか）
設定をすべて終えたら 3.7.2 向けの新しい .config が出来ています。
さらに調整したい項目がある場合は、oldconfig 完了後であれば menuconfig で設定できます。

$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-arago-linux-gnueabi- menuconfig

設定が完了したらビルドします。

$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-arago-linux-gnueabi-
$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-arago-linux-gnueabi- uImage

ビルド完了後、kernel module を起動イメージ上へ展開する配置にするため
仮インストールします。

$ mkdir tmp_install
$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-arago-linux-gnueabi- modules_install INSTALL_MOD_PATH=./tmp_install

完了すると tmp_install を rootfs の / として kernel modules をインストールした状態になっています。

必要なのは arch/arm/boot/uImage と tmp_install/ の lib/ 以下のファイルなので、これを
bc10-router/arago-project で作成した bc10-router 起動イメージにコピーして使用します。
起動用SDカードは fat パーティションが /media/FAT に、ext3 パーティションが /media/EXT3 に mount されているものとします。

$ sudo -s
# cp arch/arm/boot/uImage /media/FAT/uImage
# cd tmp_install
# cp -a lib/ /media/EXT3/

kernel.org の 3.7.2 kernel への更新はこれで完了です。

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Wi-Fiスループット †

arago-project の beagleboard 向け default version の 3.3.7 kernel と
Robert Nelson repositry を使用して更新した 3.7.2 kernel で
Wi-Fi のスループットに向上が見られるかを確認しました。

bc10-router をルーターモードで起動させ、
Wi-Fi アクセスポイントである bc10-router LAN 側インタフェースと
そこに W-Fi クライアントとして接続している Netbook の Wi-Fi インタフェース間でのスループットを
nuttcp で計測しました。

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bc10-router wlan0---PC間 †

nuttcpによる測定
WAN側: bc10-router nuttcp -S
LAN側: PC nuttcp 192.168.30.1

残念ながら作業時点 2013/01/16 で最新の stable kernel である 3.7.2 への更新で
ネットワーク性能の向上は得られませんでした。

3.7 から ARM アーキテクチャでも DeviceTree に対応し、一つの kernel で複数の ARM アーキテクチャのマシンを起動できるようになるなど
ソースコードの整理や共通化が進んだ半面、SoC ごと、マシンごとの最適化という点では一旦後退が見られ
性能が得られなくなっているものと考えられます。

あくまで性能を追求するのであれば arago-project の default である 3.3.7 kernel を使うのが良いのですが、
linux kernel 更新による新機能の追加を取り込みたい、ARM アーキテクチャ向けコードの進歩を追いかけたい、といった場合には
kernel の更新を考慮しなければなりません。

BC::labsへの質問は、bc9-dev ＠ googlegroups.com　までお願い致します。
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