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配置riscv-isa-sim模拟器(包含配置riscv-tools和riscv-toolchain)

丁茂
2023-12-01

前言

riscv-isa-sim是RISCV指令集的一个模拟器,可以在非RISCV的平台上编写、编译并运行RISCV程序,方便相关人员的学习和研究。关于RISCV的相关背景知识本文不再赘述,相关内容在网上多如牛毛,本文重点关注如何在PC上配置RISCV模拟器,并就配置过程中遇到的问题给出解决方法。
为了方便讨论和实践,我们选取Ubuntu 18.04 64bits作为实验平台。在用户目录下建立riscv文件夹(我这里是/home/pi/riscv),此后以此目录作为我们的工作目录,之后各项操作如不特殊说明皆在此目录下进行。
事实上,本人通过实际操作发现,并不用专门配置riscv-isa-sim,而只需要配置riscv-tools即可(因为riscv-tools里包含有riscv-isa-sim,这个在git下riscv-tools后就可以发现里面包含riscv-isa-sim模拟器这个文件夹)。主要配置过程还是参照riscv-tools里的说明文档README.md,本文就是在这篇文档的基础上进行的扩展说明。

配置riscv-toolchain

在配置riscv-isa-sim模拟器之前,需要构建riscv相关工具链,该工具链可以通过以下命令获得:

git clone https://github.com/riscv/riscv-gnu-toolchain 

对于工具链的安装,在riscv-gnu-toolchain下的README.md有详细的说明,这里只给出本人安装时采用的命令。
首先确保依赖库都已经安装:

$ sudo apt-get install autoconf automake autotools-dev curl python3 libmpc-dev libmpfr-dev libgmp-dev gawk build-essential bison flex texinfo gperf libtool patchutils bc zlib1g-dev libexpat-dev

创建/opt/riscv,并将其访问权限设置为777。

sudo chmod 777 /opt/riscv

运行:

./configure --prefix=/opt/riscv --enable-multilib

这会产生同时支持32位和64位的工具链,产生的工具链包含riscv64-unknown-elf- 或 riscv64-unknown-linux-gnu-前缀。
注意,在configure过程中会不断的下载各种依赖库到riscv-gnu-toolchain中,这些依赖库都是以riscv-开头,由于网络问题,有时候下载速度非常缓慢,各位可以手动下载这些依赖库,例如:riscv-gcc可以通过git命令手动下载:

git clone https://github.com/riscv/riscv-gcc

注意: 有两个库riscv-binutils和riscv-gdb在目前的版本中合并成为一个库:riscv-binutils-gdb,但是configure的时候仍然会检查riscv-binutils和riscv-gdb这两个目录,因此,建议建立两个符号链接:riscv-binutils和riscv-gdb,都指向riscv-binutils-gdb即可。

接下来运行:

make
make linux

这样会在/opt/riscv下产生两套编译工具链:riscv64-unknown-elf-xxx 或 riscv64-unknown-linux-gnu-xxx。其中,riscv64-unknown-elf-xxx工具链我们将在后面编译程序时用到。

配置riscv-tools

首先下载源码:

git clone https://github.com/riscv/riscv-tools

为防止在编译riscv-tests的过程中出现变量重定义错误,先修改文件:riscv-tools/riscv-tests/env/v/vm.c,将第12、13行前的变量加上extern:

extern volatile uint64_t tohost;
extern volatile uint64_t fromhost;

根据README.md文件,先确定依赖包是否安装(有些在编译riscv-gnu-toolchain时已经安装):

$ sudo apt-get install autoconf automake autotools-dev curl libmpc-dev libmpfr-dev libgmp-dev libusb-1.0-0-dev gawk build-essential bison flex texinfo gperf libtool patchutils bc zlib1g-dev device-tree-compiler pkg-config libexpat-dev

运行:

$ git submodule update --init --recursive
$ export RISCV=/opt/riscv
$ ./build.sh

注意: RISCV环境变量设置为我们安装toolchian的地方。
build完成后riscv-tools编译完成并可以使用。

关于riscv-isa-sim

我们可以发现,在编译riscv-tools时,系统自动下载并编译了riscv-isa-sim,这里主要产生了一个用于在Linux下模拟执行riscv指令的程序spike,该程序位于/opt/riscv/bin中。我们可以通过一个hello程序测试是否部署成功。

#include <stdio.h>
int main(){
    printf("hello world!\n");
    return 0;
}

将其保存为hello.c,编译程序:

/opt/riscv/bin/riscv64-unknown-elf-gcc -o hello hello.c

之后产生可执行程序hello,模拟执行程序:

$ spike pk ./hello
bbl loader
hello world!

注意: 这里可能会产生一个错误:
bad syscall #90463429510455458
解决方法: 修改riscv-tools/riscv-pk/util/string.c,添加最上面的两行#pragma

#pragma GCC push_options
#pragma GCC optimize ("no-tree-loop-distribute-patterns")
void* memset(void* dest, int byte, size_t len)
{
  if ((((uintptr_t)dest | len) & (sizeof(uintptr_t)-1)) == 0) {
    uintptr_t word = byte & 0xFF;
    word |= word << 8;
    word |= word << 16;
    word |= word << 16 << 16;

    uintptr_t *d = dest;
    while (d < (uintptr_t*)(dest + len))
      *d++ = word;
  } else {
    char *d = dest;
    while (d < (char*)(dest + len))
      *d++ = byte;
  }
  return dest;
}
#pragma GCC pop_options

关于riscv-isa-sim的进阶用法可以参考riscv-isa-sim目录下的README.md文件。

最后,欢迎留言或私信。

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