RISC-V-emulator i form av en pixelskugga som möjliggjorde att köra Linux i VRChat

Resultaten av experimentet med att starta Linux inuti ett virtuellt 3D-utrymme i det flerspelaras online-spelet VRChat, som tillåter uppladdning av 3D-modeller med egna shaders, har publicerats. För att genomföra den planerade idén skapades en emulator för RISC-V-arkitekturen, som körs på GPU-sidan i form av en pixel (fragment) shader (VRChat stödjer inte beräkningsshaders och UAV). Koden för emulatorn publicerades under MIT-licensen.

Emulatorn baseras på en implementation i C-språk, som i sin tur använde arbetet från en minimalistisk emulator, riscv-rust, som utvecklas i Rust. Den förberedda C-koden översätts till en pixelshader i HLSL, som kan laddas upp i VRChat. Emulatorn erbjuder fullt stöd för kommandosets-arkitekturen rv32imasu, minneskontrollblock SV32 och ett minimum av perifera enheter (UART och timer). De förberedda funktionerna är tillräckliga för att ladda kärnan Linux 5.13.5 och den grundläggande kommandoradsmiljön BusyBox, som kan interageras med direkt från den virtuella världen VRChat.

Emulatorn är implementerad i en shader i form av en egen dynamisk textur (Unity Custom Render Texture), kompletterad med skrift Udon som tillhandahålls för VRChat, som används för att styra emulatorn under dess körning. Innehållet i arbetsminnet och tillståndet för den emulerade systemprocessorn sparas i form av en textur, som är 2048×2048 pixlar stor. Den emulerade processorn arbetar med en frekvens på 250 kHz. Förutom Linux kan Micropython också köras i emulatorn.

För att organisera permanent datalagring med stöd för läsning och skrivning används ett trick som involverar användningen av ett Camera-objekt, kopplat till ett rektangulärt område som genereras av shadern, och riktningen av den ritade texturen till ingången på shadern. På så sätt kan varje pixel som skrivs under körningen av pixelshadern läsas vid bearbetningen av nästa bild.

Vid användning av pixelshaders körs en separat instans av shadern parallellt för varje pixel i texturen. Denna egenskap komplicerar implementeringen avsevärt och kräver separat koordinering av tillståndet för hela emulerade systemet och matchning av positionen för den bearbetade pixeln med det CPU-tillstånd som kodas i den eller innehållet i RAM-minnet i det emulerade systemet (varje pixel kan koda 128 bit information). Shaderkoden kräver därmed inkludering av ett enormt antal kontroller, för att förenkla implementeringen användes en Perl-förprocessor, perlpp.

Källa: opennet.ru