K230 DDR メモリレイアウト¶

1. 概要¶

K230は512 MB DDR (0x00000000 - 0x1FFFFFFF) を搭載したデュアルコアRISC-V SoCである。メモリは以下の3つの主要領域に分割される:

RT-Smart (ビッグコア, C908) - MPPメディアフレームワーク搭載のリアルタイムOS
Linux (リトルコア, C908) - rootfs付きの汎用Linux
MMZ (Media Memory Zone) - MPPが管理する共有メディアバッファプール

メモリ境界は k230_sdk/src/big/mpp/include/comm/k_autoconf_comm.h でビルド時に定義され、実行時には変更できない。

2. DDR物理メモリマップ¶

 物理アドレス             サイズ     領域
 ========================================================================
 0x00000000 +---------+
            | 予約    |  1 MB     SoC予約 (ブートROMスクラッチ領域)
 0x00100000 +---------+
            |  IPCM   |  1 MB     コア間通信 (共有メモリ)
 0x00200000 +---------+
            |         |
            | RT-Smart| 126 MB    ビッグコアOS (カーネル + ヒープ + ページ)
            |         |
 0x08000000 +---------+
            |         |
            |  Linux  | 128 MB    リトルコアOS (OpenSBI + カーネル)
            |         |
 0x10000000 +---------+
            |         |
            |   MMZ   | ~252 MB   メディアメモリゾーン (MPPバッファ)
            |         |
 0x1FBFF000 +---------+
            | ガード  | ~4 MB     末尾ガード / 未使用
 0x20000000 +---------+
            合計: 512 MB

出典: `k_autoconf_comm.h`¶

定義	値	意味
`CONFIG_MEM_TOTAL_SIZE`	`0x20000000`	DDR合計 512 MB
`CONFIG_MEM_IPCM_BASE`	`0x00100000`	IPCM領域開始
`CONFIG_MEM_IPCM_SIZE`	`0x00100000`	1 MB
`CONFIG_MEM_RTT_SYS_BASE`	`0x00200000`	RT-Smart領域開始
`CONFIG_MEM_RTT_SYS_SIZE`	`0x07E00000`	126 MB
`CONFIG_MEM_LINUX_SYS_BASE`	`0x08000000`	Linux領域開始
`CONFIG_MEM_LINUX_SYS_SIZE`	`0x08000000`	128 MB
`CONFIG_MEM_MMZ_BASE`	`0x10000000`	MMZ領域開始
`CONFIG_MEM_MMZ_SIZE`	`0x0FC00000`	252 MB (設定値)
`CONFIG_MEM_BOUNDARY_RESERVED_SIZE`	`0x00001000`	4 KB 境界ガード

3. IPCM (プロセッサ間通信) 共有メモリ¶

0x00100000にある1 MBのIPCM領域は以下のように分割される:

 0x00100000 +-----------+
            | RTT->Linux|  512 KB   共有メモリ (ノード1 -> ノード0)
 0x00180000 +-----------+
            | Linux->RTT|  484 KB   共有メモリ (ノード0 -> ノード1)
 0x001F9000 +-----------+
            | 仮想TTY   |   16 KB   IPCM経由の仮想シリアル
 0x001FD000 +-----------+
            | 予約      |   12 KB   IPCMノード記述子 + ガード
 0x00200000 +-----------+

出典: IPCM設定ファイル¶

RT-Smart側 (k230_riscv_rtsmart_config):

node_id=1               # RT-Smartはノード1
top_role="slave"
shm_phys_1to0=0x100000  # RTT(1)->Linux(0) ベースアドレス
shm_size_1to0=0x80000   # 512 KB
shm_phys_0to1=0x180000  # Linux(0)->RTT(1) ベースアドレス
shm_size_0to1=0x79000   # 484 KB
virt_tty_phys=0x1f9000  # 仮想TTYベースアドレス
virt_tty_size=0x4000    # 16 KB

Linux側 (k230_riscv_linux_config):

node_id=0               # Linuxはノード0
top_role="master"
virt_tty_role="server"

Linux側はSHMアドレスを直接設定しない。RT-Smart（スレーブ）側が物理アドレスの定義を管理し、LinuxカーネルのIPCMドライバがIPCMプロトコル経由で実行時に読み取る。

4. RT-Smart 内部メモリレイアウト¶

RT-Smartは0x00200000 - 0x07FFFFFF (126 MB) を使用する。内部構造は以下の通り:

 0x00200000 +-----------+
            | ブート    |  128 KB   U-BootがRT-Smartイメージをここにロード
 0x00220000 +-----------+
            | .text     |           カーネルコード (0x220000にリンク)
            | .rodata   |
            | .data     |
            | .bss      |
   __bss_end +-----------+
            |           |
            | カーネル  |  32 MB    RT_HW_HEAP (rt_mallocプール)
            | ヒープ    |
            |           |
  +0x2000000 +-----------+
            |           |
            | ページ    |  ~93 MB   ページアロケータ (LWPユーザプロセス用)
            | アロケータ|
            |           |
 0x07FFF000 +-----------+
            | 予約      |  4 KB     境界ガード (MEMORY_RESERVED)
 0x08000000 +-----------+

出典: `board.h`¶

#define MEMORY_RESERVED     0x1000
#define RAM_END             0x7fff000

#define RT_HW_HEAP_BEGIN    ((void *)&__bss_end)
#define RT_HW_HEAP_END      ((void *)(((rt_size_t)RT_HW_HEAP_BEGIN) + 0x2000000))

#define RT_HW_PAGE_START    ((void *)((rt_size_t)RT_HW_HEAP_END + sizeof(rt_size_t)))
#define RT_HW_PAGE_END      ((void *)(RAM_END))

出典: `link.lds`¶

MEMORY
{
   SRAM : ORIGIN = 0x220000, LENGTH = 128895K
}
/* 0x00200000 - 0x00220000: Bootloader */
/* 0x00220000 - 0x08000000: Kernel     */

5. Linux 内部メモリレイアウト¶

Linuxは0x08000000 - 0x0FFFFFFF (128 MB) を使用する。内訳は以下の通り:

 0x08000000 +-----------+
            | OpenSBI   |  2 MB     SBIファームウェア
 0x08200000 +-----------+
            | Linux     | ~126 MB   カーネルコード + データ + ユーザメモリ
            | カーネル  |           DTS宣言: reg = <0x8200000 0x7dff000>
            |           |
            |  0x0A000000: DTB配置アドレス
            |  0x0A100000: initrd配置アドレス
            |  0x0C800000: CMA領域 (52 MB)
            |           |
 0x0FFFF000 +-----------+
            | ガード    |  4 KB     境界
 0x10000000 +-----------+

出典: `k230_canmv.dts`¶

&ddr {
    reg = <0x0 0x8200000 0x0 0x7dff000>;  /* 132,116,480バイト = ~126 MB */
};

chosen {
    linux,initrd-start = <0x0 0xa100000>;
};

出典: `k230_img.c`¶

#define OPENSBI_DTB_ADDR  (CONFIG_MEM_LINUX_SYS_BASE + 0x2000000)   /* 0x0A000000 */
#define RAMDISK_ADDR      (CONFIG_MEM_LINUX_SYS_BASE + 0x2000000 + 0x100000)  /* 0x0A100000 */

U-Bootはカーネル + DTB + initrdを含むLinux uImageをロードし、カーネルをロードアドレスに展開した後、DTBを0x0A000000に、initrdを0x0A100000にコピーしてからOpenSBI/カーネルにジャンプする。

6. MMZ (メディアメモリゾーン)¶

MMZはRT-SmartのMPPフレームワークが管理する大規模な連続バッファプールで、カメラキャプチャ、ビデオエンコード/デコード、ディスプレイ、AI推論などのメディア操作に使用される。

 0x10000000 +-----------+
            |           |
            |    MMZ    |  ~252 MB   メディアバッファ (VBプール, DMAバッファ)
            |           |           mpp_init.cのmmz_init()で管理
            |           |
 0x1FBFF000 +-----------+
            | 末尾ガード|  ~4 MB    未使用 / 境界保護
 0x20000000 +-----------+

出典: `mpp_init.c`¶

#define MEM_MMZ_BASE 0x10000000UL
#define MEM_MMZ_SIZE 0xfbff000UL    /* 252 MB - 4 KB (境界分を減算) */

ret = mmz_init(MEM_MMZ_BASE, MEM_MMZ_SIZE);

注意: k_autoconf_comm.hのCONFIG_MEM_MMZ_SIZEは0x0FC00000 (正確に252 MB)。mpp_init.cでの実際の初期化は0x0FBFF000 (252 MB - 4 KB) を使用し、安全ガードとしてCONFIG_MEM_BOUNDARY_RESERVED_SIZE (4 KB) を差し引いている。

MMZメモリはVB (Video Buffer) サブシステム経由で割り当てられ、RT-Smartユーザプロセス (/dev/mmz_userdev 経由) とカーネル空間のMPPドライバの両方からアクセス可能。

7. MMIO / ペリフェラルアドレスマップ¶

ペリフェラルは0x80000000以降 (DDR空間外) にマッピングされる。出典: board.h およびK230テクニカルリファレンスマニュアル:

アドレス範囲	サイズ	ペリフェラル
`0x80000000 - 0x801FFFFF`	2 MB	KPU L2キャッシュ
`0x80200000 - 0x803FFFFF`	2 MB	SRAM
`0x80400000 - 0x804007FF`	2 KB	KPU設定
`0x80400800 - 0x80400BFF`	1 KB	FFT
`0x80400C00 - 0x80400FFF`	1 KB	AI 2Dエンジン
`0x80800000 - 0x80803FFF`	16 KB	GSDMA
`0x80804000 - 0x80807FFF`	16 KB	DMA
`0x80808000 - 0x8080BFFF`	16 KB	GZIP展開
`0x8080C000 - 0x8080FFFF`	16 KB	Non-AI 2D
`0x90000000 - 0x90007FFF`	32 KB	ISP
`0x90008000 - 0x90008FFF`	4 KB	DeWarp
`0x90009000 - 0x9000AFFF`	8 KB	RX CSI
`0x90400000 - 0x9040FFFF`	64 KB	H264/HEVC/JPEGコーデック
`0x90800000 - 0x9083FFFF`	256 KB	2.5D GPU
`0x90840000 - 0x9084FFFF`	64 KB	VO (ビデオ出力)
`0x90850000 - 0x90850FFF`	4 KB	DSI
`0x90A00000 - 0x90A007FF`	2 KB	3Dエンジン
`0x91000000 - 0x91000BFF`	3 KB	PMU
`0x91000C00 - 0x91000FFF`	1 KB	RTC
`0x91100000 - 0x91100FFF`	4 KB	CMU (クロック)
`0x91101000 - 0x91101FFF`	4 KB	RMU (リセット)
`0x91102000 - 0x91102FFF`	4 KB	BOOT制御
`0x91103000 - 0x91103FFF`	4 KB	PWR (電源)
`0x91104000 - 0x91104FFF`	4 KB	Mailbox
`0x91105000 - 0x911057FF`	2 KB	IOMUX
`0x91105800 - 0x91105FFF`	2 KB	ハードウェアタイマ
`0x91106000 - 0x911067FF`	2 KB	WDT0
`0x91106800 - 0x91106FFF`	2 KB	WDT1
`0x91107000 - 0x911077FF`	2 KB	温度センサ
`0x91107800 - 0x91107FFF`	2 KB	HDI
`0x91108000 - 0x91108FFF`	4 KB	STC (システムタイマ)
`0x91200000 - 0x9120FFFF`	64 KB	ブートROM
`0x91210000 - 0x91217FFF`	32 KB	セキュリティ
`0x91400000 - 0x91404FFF`	20 KB	UART0-4 (各4 KB)
`0x91405000 - 0x91409FFF`	20 KB	I2C0-4 (各4 KB)
`0x9140A000 - 0x9140AFFF`	4 KB	PWM
`0x9140B000 - 0x9140CFFF`	8 KB	GPIO0-1 (各4 KB)
`0x9140D000 - 0x9140DFFF`	4 KB	ADC
`0x9140E000 - 0x9140EFFF`	4 KB	オーディオCODEC
`0x9140F000 - 0x9140FFFF`	4 KB	I2Sオーディオ
`0x91500000 - 0x9157FFFF`	512 KB	USB 2.0 OTG x2
`0x91580000 - 0x91581FFF`	8 KB	SD/MMC HC x2
`0x91582000 - 0x91583FFF`	8 KB	SPI QSPI x2
`0x91584000 - 0x91584FFF`	4 KB	SPI OPI
`0x91585000 - 0x915853FF`	1 KB	HI SYS設定
`0x98000000 - 0x99FFFFFF`	32 MB	DDRC設定空間
`0xC0000000 - 0xC7FFFFFF`	128 MB	SPI OPI XIPフラッシュ

8. SDカードパーティションレイアウト¶

SDカードイメージは genimage-sdcard.cfg によりGPTパーティションで生成される:

 オフセット    サイズ    内容                      パーティション
 ======================================================================
   1 MB       512 KB   U-Boot SPL (コピー1)       (raw, GPT外)
   1.5 MB     512 KB   U-Boot SPL (コピー2)       (raw, GPT外)
   ~1.875 MB  128 KB   U-Boot env                 (raw, GPT外)
   2 MB       1.5 MB   U-Boot本体                 (raw, GPT外)
  10 MB        20 MB   RT-Smartファームウェア      GPTパーティション "rtt"
  30 MB        50 MB   Linuxファームウェア         GPTパーティション "linux"
 128 MB        可変    rootfs (ext4)              GPTパーティション "rootfs"
   rootfs後            sharefs (FAT32, 256 MB)    GPTパーティション "fat32appfs"

ブートフローは「rtt」パーティションからRT-Smartファームウェアを、「linux」パーティションからLinuxファームウェアを読み込み、それぞれのDDR領域にロードする。

出典: `genimage-sdcard.cfg`¶

partition rtt {
    offset = 10M
    image = "big-core/rtt_system.bin"
    size = 20M
}
partition linux {
    offset = 30M
    image = "little-core/linux_system.bin"
    size = 50M
}
partition rootfs {
    offset = 128M
    partition-type-uuid = "L"
    image = "little-core/rootfs.ext4"
}
partition fat32appfs {
    partition-type-uuid = "F"
    image = "app.vfat"
}

9. 実機検証結果¶

以下のデータは、稼働中のCanMV-K230ボードからシリアルコンソール (USB CDC-ACM) 経由で取得した。

9.1 リトルコア (Linux) - `/dev/ttyACM0`¶

カーネルバージョン:

Linux version 5.10.4 (riscv64-unknown-linux-gnu-gcc Xuantie-900 V2.6.0)

ブートコマンドライン:

root=/dev/mmcblk1p3 loglevel=8 rw rootdelay=4 rootfstype=ext4
console=ttyS0,115200 crashkernel=256M-:128M earlycon=sbi

メモリ情報 (free -m):

              total     used     free   shared  buff/cache  available
Mem:           103       36       13        0        53         62

主要な /proc/meminfo の値:

MemTotal:       105876 kB    (~103.4 MB 使用可能)
CmaTotal:        53248 kB    (52 MB CMA/DMA予約済み)

/proc/iomem (システムRAM):

08200000-0fffefff : System RAM

DTSメモリノード (/sys/firmware/devicetree/base/memory@0/reg の生バイナリ):

00000000 08200000 00000000 07dff000
  base = 0x08200000    size = 0x07DFF000 (132,116,480バイト)

dmesg メモリ関連行:

cma: Reserved 52 MiB at 0x000000000c800000
Zone ranges:
  DMA32    [mem 0x0000000008200000-0x000000000fffefff]
node   0: [mem 0x0000000008200000-0x000000000fffefff]
Memory: 26588K/129020K available (9099K kernel code, 4868K rwdata,
        4096K rodata, 271K init, 370K bss, 49184K reserved,
        53248K cma-reserved)

ディスクレイアウト (df -h):

/dev/root          62.0G   72.2M   61.9G   0%  /
/dev/mmcblk1p4    174.1G   92.1M  174.0G   0%  /sharefs

9.2 ビッグコア (RT-Smart msh) - `/dev/ttyACM1`¶

free 出力:

memheap           pool size   max used size  available size
heap             33554432     702464         32866304

プールサイズ: 33,554,432バイト = 正確に32 MB (RT_HW_HEAP_END - RT_HW_HEAP_BEGIN = 0x2000000 と一致)
最大使用量: 702,464バイト (~686 KBピーク使用量)
利用可能: 32,866,304バイト (~31.3 MB空き)

list_device (MPP/IPCMデバイス確認済み):

mmz_userdev          Character Device     0
ipcm_user            Character Device     0
vb_device            Character Device     0
log                  Character Device     0
sys                  Character Device     0

他にも40以上のメディア/センサデバイス (vicap, venc, vdec, vo, ai, ao, dma, fft等) が存在。

list_thread (アクティブスレッド):

tshell                20  running    (シェル)
sharefs_client         5  suspend    (共有ファイルシステム)
ipcm-discovery         5  suspend    (IPCM自動検出)
ipcm-recv              5  suspend    (IPCMメッセージ受信)
mcm_task               0  suspend    (メディア制御)

9.3 分析: ソースコード vs. 実機¶

パラメータ	ソースコード	実機	一致?
Linux System RAM開始	`0x08200000` (DTS)	`0x08200000` (`/proc/iomem`)	はい
Linux System RAMサイズ	`0x07DFF000` (DTS)	`129020 KB` (dmesg) = `0x07DFF000`	はい
Linux MemTotal	~126 MB (DTS)	103.4 MB (`/proc/meminfo`)	想定通り: カーネルオーバーヘッド ~23 MB
CMA予約	(カーネル設定)	52 MiB at `0x0C800000`	Linux範囲内
RT-Smartヒープサイズ	`0x2000000` (board.h)	33,554,432バイト (`free`)	はい、正確に32 MB
crashkernel=256M-:128M	bootargs	記録されたが効果なし (126 MBしかない)	想定通り
Linux側からMMZ領域が見えるか	見えない想定	`/proc/iomem`に無し	正しい - MMZはRT-Smart専用
OpenSBI領域	`0x08000000-0x081FFFFF`	`/proc/iomem`に無し (RAMは`0x08200000`から)	正しい - Linuxから除外
RT-Smart上のIPCMデバイス	ipcm_user, sharefs	`list_device` / `list_thread`に存在	はい
RT-Smart上のMMZデバイス	mmz_userdev	`list_device`に存在	はい

主要な所見:

MemTotalとDTSサイズの差: Linuxは129,020 KBの総RAMのうち105,876 KBを使用可能と報告。~23 MBの差はカーネルコード (9 MB)、rwdata (5 MB)、rodata (4 MB)、その他のカーネル構造体によるもの。これは正常。
CMA 52 MB: DMA可能な割り当てのためにLinuxのメモリ内に大きなCMA領域が確保されている (WiFiドライバbcmdhdやUSBで使用される可能性が高い)。これにより利用可能メモリがさらに減少。
crashkernelパラメータは無効: crashkernel=256M-:128Mパラメータは総RAM >= 256 MBの場合に128 MBのkdump用メモリを要求する。Linuxには~126 MBしかないため、閾値に達せずクラッシュカーネルメモリは確保されない。
OpenSBIはLinuxから不可視: 2 MBのOpenSBI領域 (0x08000000-0x081FFFFF) は/proc/iomemに表示されない。DTSが意図的にメモリノードを0x08200000から開始し、OpenSBIの常駐ファームウェアを除外しているため。
RT-Smartヒープ使用率は低い: アイドル時で32 MBヒープのうち~686 KBのみ使用。ヒープはカーネルのrt_malloc()割り当て用。ユーザプロセスはページアロケータ (残り~93 MB)、メディアバッファはMMZ (~252 MB) を使用。

参考ファイル¶

ファイル	内容
`k230_sdk/src/big/mpp/include/comm/k_autoconf_comm.h`	全`CONFIG_MEM_*`定義 (メモリ分割マスタ設定)
`k230_sdk/src/big/rt-smart/kernel/bsp/maix3/board/board.h`	RT-Smartヒープ/ページ境界 + 全ペリフェラルアドレスマップ
`k230_sdk/src/big/rt-smart/kernel/bsp/maix3/link.lds`	RT-Smartリンカスクリプト (0x220000エントリ)
`k230_sdk/src/little/linux/arch/riscv/boot/dts/kendryte/k230_canmv.dts`	Linux DDR領域 (0x8200000, 0x7dff000)
`k230_sdk/src/little/uboot/board/canaan/common/k230_img.c`	DTB/initrd配置アドレス計算
`k230_sdk/src/common/cdk/kernel/ipcm/arch/k230/configs/k230_riscv_rtsmart_config`	IPCM共有メモリ物理アドレス
`k230_sdk/src/common/cdk/kernel/ipcm/arch/k230/configs/k230_riscv_linux_config`	IPCM Linux側ロール設定
`k230_sdk/src/big/rt-smart/kernel/bsp/maix3/board/mpp/mpp_init.c`	MMZ初期化 (0x10000000, 0x0fbff000)
`k230_sdk/board/common/gen_image_cfg/genimage-sdcard.cfg`	SDカードパーティションレイアウト