RISC-V

编译工具链

工具链仓库

# 仓库地址
https://github.com/riscv-collab/riscv-gnu-toolchain

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

显式添加默认的平台支持并附加特定的平台

./configure --prefix=/opt/riscv \
  --enable-multilib \
  --with-multilib-generator="rv64gc-lp64d--;rv64imac-lp64--;rv32gc-ilp32d--;rv32imac-ilp32--;rv32ima-ilp32--"

验证支持的多库组合

riscv64-unknown-elf-gcc --print-multi-lib

RISC-V主要内容

ISA命名规范
```
RV[###][abc...xyz]
```
- RV用于标识RISC-V 。
- 【###】: {32, 64, 128} 用于标识处理器的字宽（寄存器的宽度）。
- 【abc...xyz】: 标识该处理器支持的指令集模块集合。
模块化的ISA
- RISC-V ISA = 1个基本整数指令集 + 多个可选的扩展指令集。
通用寄存器
- 定义了32个通用寄存器以及一个PC。
- 寄存器宽度由ISA指定。
- 每个寄存器具体编程时有特定的用途以及各自的别名。由RISC-V ABI定义。
Hart
- HARdware Thread（相当于一个基本的CPU单元）
特权级别
- 机器模式（M Machine Mode）：最高权限，用于启动、配置硬件和异常处理。
- 监督模式（S Supervisor Mode）：运行操作系统内核。
- 用户模式（U User/Application Mode）：运行应用程序，权限受限。（可选H Mode：支持虚拟化扩展的超监模式。）
Control and Status Registers(CSR)
- 不同的特权级别下时分别对应各自的一套Register。
- 高级别的特权级别下可以访问低级别的CSR。
- RISC-V 定义了专门用于操作CSR的指令。
- RISC-V 定义了特定的指令可以用于在不同特权级别之间进行切换。
内存管理和保护（物理内存保护、虚拟内存）
- 物理内存保护（Physical Memory Protection, PMP）
- 虚拟内存 RISC-V 的虚拟内存（Virtual Memory）既依赖硬件支持，也依赖软件实现。其 ISA（指令集架构）提供了明确的硬件机制，包括特权模式、控制状态寄存器（CSR）和地址转换机制，而操作系统（如 Linux）则负责页表管理、缺页处理等软件层面的实现。
异常和中断

risc-v的大多数异常会中断返回后会再执行一次异常指令。而中断后本身返回后会执行下一条语句。

主机字节序

二进制码：左高右底
内存布局：上高下底
大端序：高位二进制码存入底地址
小端序：高位二进制码存入高地址
risc-v使用小端序
注意：字节序是否反转以字节为单位，一个字节8位，8位内部不反转

risc-v 的6种指令格式

R-type
I-type
S-type
B-type
U-type
J-type

汇编相关命令

编写汇编 nvim test.s
编译 [rgcc] -march=[rv32im] -mabi=ilp32 -c test.s -o test.o
链接 [rld] -m elf32lriscv -o test.elf test.o
查看段头信息 [rreadelf] -S test.elf
查看 .text 段原始内容 [rreadelf] -x .text test.elf
反汇编所有段 [robjdump] -D test.elf
反汇编代码段 [robjdump] -d test.elf
展开所有伪指令 [robjdump] -d -M no-aliases test.elf

模拟器运行与调试

模拟器运行程序。启动时暂停CPU等待GDB连接，默认1234端口。 qemu-system-riscv32 -machine virt -nographic -kernel test.elf -S -s
- -s 是 -gdb tcp:127.0.0.1:1234 的缩写
运行dgb [rgdb] test.elf
dgb连接远程1234端口 target remote : 1234

示例代码

makefile

CROSS_COMPILE = riscv64-unknown-elf-
CFLAGS = -nostdlib -fno-builtin -march=rv32im -mabi=ilp32 -g -Wall

CC = ${CROSS_COMPILE}gcc
OBJDUMP = ${CROSS_COMPILE}objdump

QEMU = qemu-system-riscv32
QFLAGS = -nographic -smp 1 -machine virt -bios none

GDBINIT = gdbinit
GDB = ${CROSS_COMPILE}gdb

EXEC = test
SRC = ${EXEC}.s

all:
    @${CC} ${CFLAGS} ${SRC} -Ttext=0x80000000 -o ${EXEC}.elf

run: all
    @${QEMU} ${QFLAGS} -kernel ./${EXEC}.elf

debug: all
    @${QEMU} ${QFLAGS} -kernel ${EXEC}.elf -s -S &
    @${GDB} ${EXEC}.elf -q -x ${GDBINIT}

clean:
    rm -rf *.o *.bin *.elf

gdbinit

display/z $x5
display/z $x6
display/z $x7

set disassemble-next-line on
b _start
target remote : 1234
c