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title: Gears OS UEFI対応
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<!-- class: title -->
# <!--fit--> Gears OS のBootに関する研究

- 奥田光希
    - 琉球大学工学部工学科知能情報コース
- 河野 真治
    - 琉球大学工学部

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<!-- class: slide -->
# OSとアプリケーションの信頼性を高めたい

- Meta計算を用いて信頼性を高めるGearsOSを提案している
- x.v6を元にRaspberry Pi上で動くGearsOSを実装中
- BIOSからBootしているのでUEFIに移行したい
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<!-- class: slide -->
# UEFI採用の利点
- CPUなどの機種依存性を避けることができる
- GearsOSはCbC(Continuation based C)で記述されていて、CPUやデバイスに影響されない
- 様々な組み込みシステムに対してGearsOSを応用できる様になる
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<!-- class: slide -->
# CbC(Continuation based C)
- 並列信頼研究で開発されているプログラミング言語
- C言語の下位言語
- 関数呼び出しではなく継続(goto)
- 関数の代わりにCodeGearという単位でプログラミングを行う。

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<!-- class: slide -->
# GearsOS
- 並列信頼研究で開発されているOS
- 信頼性と拡張性がテーマ
- CbCによって記述されている
- x.v6をCbCで書き直して実装している
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<!-- class: slide -->
# UEFI
- Unified Extensible Firmware Interfaceの略
- OSとプラットフォームファームウェアの間のソフトウェアインタフェースを定義する仕様
- Intel、AMD、Apple、Microsoftなどの企業からなるUnified EFI　Forumの元で開発
- BIOSの後継
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<!-- class: slide -->
# UEFIのここがすごい
- CPUやドライバに依存しない
- 2TBを超える大きなディスクからBootできる
- ネットワークにつながる
- メモリも64bitなら理論上16EB
- 高速でBoot
- 仕様だから開発が簡単

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<!-- class: slide -->
# UEFI Application
- UEFI Boot Managreがロード、実行するプログラムのこと
- C言語で記述可能
- OSがなくてもプログラムを書ける
- CPUやドライバに依存しない

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<!-- class: slide -->
# UEFI 開発環境
- edk2
- gnu-efi
- qemu
- singularity

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<!-- class: slide -->
# gnu-efi
- システムのネイティブGCCでUEFIアプリケーションをコンパイルできる
- UEFI　Applicationをリンクするためのライブラリがある
- UEFI Applicationの開発に特化している
- EDK2のファームウェアがベース

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# UEFI Applicationの例
Hello.c
``` 
#include <efi.h>
#include <efilib.h>
 
EFI_STATUS
EFIAPI
efi_main (EFI_HANDLE ImageHandle, EFI_SYSTEM_TABLE *SystemTable)
{
  InitializeLib(ImageHandle, SystemTable);
  Print(L"Hello, world!\n");
  return EFI_SUCCESS;
}
```
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BootLoader.c
```
#include<efi.h>
#include<efilib.h>

EFI_STATUS
efi_main(EFI_HANDLE ImageHandle, EFI_SYSTEM_TABLE *SystemTable)
{
    EFI_DEVICE_PATH *Path;
    EFI_LOADED_IMAGE *LoadedImageParent;
    EFI_LOADED_IMAGE *LoadedImage;
    EFI_HANDLE Image;
    CHAR16 *Options = L"root=/dev/sda2 rootfstype=btrfs rw quiet splash";
    EFI_STATUS Status=EFI_SUCCESS;

    InitializeLib(ImageHandle, SystemTable);
    Print(L"Hello, EFI!\n");

    Status = uefi_call_wrapper(BS->OpenProtocol, 6, ImageHandle, &LoadedImageProtocol,(void**)&LoadedImageParent, ImageHandle, NULL, EFI_OPEN_PROTOCOL_GET_PROTOCOL);
    if (EFI_ERROR(Status)) {
        Print(L"Could not get LoadedImageProtocol handler %r\n", Status);
        return Status;
    }
    Path = FileDevicePath(LoadedImageParent->DeviceHandle, L"\\xv6.img");
    if (Path == NULL) {
        Print(L"Could not get device path.");
        return EFI_INVALID_PARAMETER;
    }
    Status = uefi_call_wrapper(BS->LoadImage, 6, FALSE, ImageHandle, Path, NULL, 0, &Image);
    if (EFI_ERROR(Status)) {
        Print(L"Could not load %r", Status);
        FreePool(Path);
        return Status;
    }
    Status = uefi_call_wrapper(BS->OpenProtocol, 6, Image, &LoadedImageProtocol, (void**)&LoadedImage, ImageHandle, NULL, EFI_OPEN_PROTOCOL_GET_PROTOCOL);
    if (EFI_ERROR(Status)) {
        Print(L"Could not get LoadedImageProtocol handler %r\n", Status);
        uefi_call_wrapper(BS->UnloadImage, 1, Image);
        FreePool(Path);
        return Status;
    }
    LoadedImage->LoadOptions = Options;
    LoadedImage->LoadOptionsSize = (StrLen(LoadedImage->LoadOptions)+1) * sizeof(CHAR16);
    
    Print(L"Hello,6!\n");
    Status = uefi_call_wrapper(BS->StartImage, 3, Image, NULL, NULL);
    uefi_call_wrapper(BS->UnloadImage, 1, Image);
    FreePool(Path);
    
    return EFI_SUCCESS;
}
```

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<!-- class: slide -->
# qemu
- 異なるアーキテクチャのプログラムを動かすエミュレータ
- 本開発ではX86上でARMを動かした
- gnu-efiで実装したUEFIを動かした


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<!-- class: slide -->
# singularity
- ユーザーが自身の計算環境を完全再現し、保持できる様にしたLinuxコンテナ
- 学科の新システムで利用できる
- CbC GCC ARM CrossCompile環境を作った
- UEFIの開発環境を作った

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<!-- class: slide -->
# 研究の成果
- uefiの開発環境をSingularityで作成した
- GNU-efiで作成したUEFI ApplicationをQEMU-ARMで動かすことができた
- RaspberryPiにUEFIをファームウェアとして設定し、実行することができた
- ミニマムなKernel Loaderを調査しARM xv6用に書き直した


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<!-- class: slide -->
# 今後の課題

- Singularity上のqemu-system-armにgdbを接続する
- そのgdbでKernel Loaderをでバックする
- xv6 KernelにUEFIからBootするコードを入れる
- xv6を書き換えたGearsOSを実装する
- USB Driverを実装し、キーボードやマウスを使える様にする

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<!-- class: slide -->
# 大変だったこと
- EDK2は汎用的だがARMのConfigなどの書き換えが困難
- UEFI開発の情報が少なく、偏りがあった
- UEFI独特のプログラムの書き方があった
- 低レベルの開発に慣れていなかった