Tricky implementation of Go ARM soft float. Written in Japanese

1. 1
Tricky implementation
Of Go ARM soft float
Tetsuyuki Kobayashi
2015.2.14 Kernel/VM 探検隊
2015.2.22 YAPF

2. 2
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3. 3
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4. 4
Golang for ARM Linux
 ツールチェインのビルド
 ソースコードを入手して
$ cd go/src
$ GOOS=linux GOARCH=arm GOARM=5 ./make.bash
 実行型のビルド
 Go コマンドに PATH を通して
$ GOOS=linux GOARCH=arm GOARM=5 go build hello.go

5. 5
GOARM
 GOARM=5
 For armv5, no FPU, soft float
 GOARM=6
 (Default)
 For armv6, VFPv1
 GOARM=7
 For armv7, VFPv3

6. 6
以上。

7. 7
間違えなければ
どうということはない。

8. 8
しかし、

9. 9
間違いから理解が
深まることもある。

10. 10
ツールチェインのビルドミス
$ GOOS=linux GOARCH=arm GOARM=5 ./make.bash
 GOARM を指定しないときは GOARM=6
これを忘れた！

11. 11
ARM$ ./hello
Illegal Instruction
 できた実行ファイルを実機 (armv5, no
FPU) に持って行って実行すると
$ GOOS=linux GOARCH=arm GOARM=5 go build hello.go

12. 12
FPU 命令が混じってた
vldr d2, [r3]
 gdb で illegal instruction を起こした命令を
調べると
ランタイムライブラリが GOARM=6 で
ビルドされているからか！

13. 13
やり直し
$ GOOS=linux GOARCH=arm GOARM=5 ./make.bash
$ GOOS=linux GOARCH=arm GOARM=5 go build hello.go

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念のために逆アセンブル
$ arm-linux-gnueabi-objdump -d hello
...
bl <_sfloat>
vldr d2, [r3]
fcpyd d4, d2
...
FPU 命令がまだある？！

15. 15
Go1.4 は armv5 サポート
無くなった？
 git で go1.3, go1.2, go1.1 のそれぞれ
のタグをチェックアウトして調べた
 全て同じだった

16. 16
Soft float emulation
 ARM の Linux kernel には soft float
emulation があった
 kernel を再ビルド
CONFIG_OABI_COMAT=y
CONFIG_FPE_NWFPE=y
 これで動いた！
ARM$ ./hello
Hello, Go

17. 17
しかし
 Go ARM がカーネルコンフィグに依
存するとはどこにも書いてない？
 しかも
 ARM の soft float emulation は
Deprecated
 最近のカーネルではすでに削除されて
いる

18. 18
実は
 soft float emulation を有効にしていな
いカーネルでも hello は動いた
 カーネルのコンフィグは無関係

 ( 本当はツールチェインのビルドを間
違っただけ )

19. 19
謎の関数 _sfloat
...
bl <_sfloat>
vldr d2, [r3]
fcpyd d4, d2
...
フロート演算のコードに共通するパターンを発見。
...
bl <_sfloat>
vldr d2, [r0]
fcmped d3, d2
fmstat
bvs 117fc
...
FPU 命令の前に必ず
_sfloat を呼び出す

20. 20
_sfloat のソースコードを追跡
 _sfloat in go/src/runtime/vlop_arm.s
 → runtime ・ _sfloat2
 _sfloat2 in go/src/runtime/softfloat_arm.c
 → sfloat2

21. 21
static void sfloat2(void)
{
…
while (skip = stepflt(pc, (uint32*)&regs->r0)){
:
:
pc += skip
}
g->m->ptarg[0] = pc;
}
Soft float emulation inside golang
Comment is source code:
stepflt returns number of words that the fp instruction is occupying,
0 if next instruction isn't float
FPU 命令のインタープリタ

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// returns number of words that the fp instruction
// is occupying, 0 if next instruction isn't float.
static uint32
stepflt(uint32 *pc, uint32 *regs)
{
...
switch(i & 0xffff0ff0) {
default:
goto done;
case 0xeeb00a40: // F[regd] = F[regm] (MOVF)
m->freglo[regd] = m->freglo[regm];
if(trace)
runtime·printf("*** F[%d] = F[%d] %xn",
regd, regm, m->freglo[regd]);
break;
case 0xeeb00b40: // D[regd] = D[regm] (MOVD)
stepflt は FPU 命令のインタープリタ

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FPU 命令は CPU で実行されていない
FPU 命令が混じっていても
illegal instruction にならない
...
bl <_sfloat>
vldr d2, [r0]
fcmped d3, d2
fmstat
bvs 117fc
...
_sfloat から戻ってきた後に
この命令から実行再開

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GOARM=5 と 6 の生成コードの違い
 どちらも FPU 命令を生成する
 GOARM=5 の場合は FPU 命令の塊の前に
_sfloat への呼び出しが挿入される。
( リンカーがこれを行っている )
 生成された FPU 命令は同じ。
 コンパイラは soft float のための命令を生成し
ないので実装がラク。

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結論
 Golang は自前で soft float emulation する
仕組みを持っている。
 カーネルの soft float emulation は不要。
 正しくビルドすれば普通に動く。
 ついでにわかったこと
 ARM Linux の soft float emulation は
deprecated

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Q & A
@tetsu_koba
Thank you for listening!