RISC-V GNU编译环境搭建与运行实践

riscv-gnu-toolchain交叉编译工具链

riscv-gnu-toolchain是riscv的gcc交叉编译工具链
github地址为：https://github.com/riscv/riscv-gnu-toolchain
gcc交叉编译工具链环境分为下载和编译两步，但是由于外网的原因，许多人在第一步中就被劝退，体验不是很好。下面分两步来介绍：

riscv-gnu-toolchain下载

riscv-gnu-toolchain工具链由以下几个子模块组成：
这些子模块包括：

• riscv-newlib：https://github.com/riscv/riscv-newlib
• riscv-binutils：https://github.com/riscv/riscv-binutils-gdb
• riscv-gdb：https://github.com/riscv/riscv-binutils-gdb (riscv-gdb和riscv-binutils为同一个仓库下的不同分支)
• riscv-dejagnu：https://github.com/riscv/riscv-dejagnu
• riscv-glibc：https://github.com/riscv/riscv-glibc
• riscv-gcc：https://github.com/riscv/riscv-gcc
• riscv-qemu ：riscv架构下的qemu(指令模拟器)

其中的 riscv-qemu 属于运行的环境，不算是工具链的组成部分，可以先不管。
如果有不错的外网环境的话，可以直接下载：

git clone  [email protected]:riscv/riscv-gnu-toolchain.git
cd riscv-gnu-toolchain
# 下载子模块
git submodule update --init --recursive

但我觉得就算是外网环境，下的也挺慢的。工具链的下载问题可以通过国内的码云(Gitee)镜像来解决，细节可以参考我的另一篇博客：利用码云镜像快速拉取riscv-gnu-toolchain工具链

riscv-gnu-toolchain编译

先下载一下依赖库：

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

再设置环境变量路径
比如在/etc/profile文件里，增加

export RISCV=".your.path./riscv-gnu-toolchain"
export PATH=$PATH:$RISCV/bin

使环境变量生效：
（注意使用此方法环境变量的生效期只为当前终端，关闭当前终端或另开一个终端都需要重新source一遍。但是机器重启后该环境变量则不需要每次使其设定生效。）

source /etc/profile

最后编译riscv-gnu-toolchain
riscv-gnu-toolchain 工具链分elf-gcc，linux-gnu-gcc两个版本，以及他们对应的32位和64位版本。两个的主要区别在于：

• riscv32-unknown-elf-gcc，riscv64-unknown-elf-gcc：使用的riscv-newlib库(面向嵌入式的C库)，而且只支持静态链接，不支持动态链接。
• riscv32-unknown-linux-gnu-gcc，riscv64-unknown-linux-gnu-gcc：使用的是glibc标准库，支持动态链接。

个人认为从名字上便可以区分两者的使用场景，如果是编译简单，较小的elf程序，使用elf-gcc版本即可，如果编译比较大的程序或者需要动态库（比如编译linux，或opencv库等），推荐使用linux-gnu-gcc版本。

# 需要进入root权限：
sudo su

# 最后在source一下，使$RISCV环境变量生效
source /etc/profile

# 创建一个build文件夹安装，更干净一些
mkdir build
cd build

# 默认生成64位的编译工具：riscv64-unknown-elf-***
../configure --prefix=$RISCV
make -j4
# 安装至设定的$RISCV路径
make install 

# 生成32位的编译工具：riscv32-unknown-elf-***
../configure --prefix=$RISCV --with-arch=rv32gc --with-abi=ilp32d
make -j4
make install

# 编译linux-gnu-gcc版本（默认64位）：riscv64-unknown-linux-gnu-***
../configure --prefix=$RISCV
make linux -j4
make install

编译成功后可以使用对应的gcc工具验证

riscv64-unknown-elf-gcc helloworld.c -o helloworld

如果你成功编译安装，但是系统提示找不到riscv64-unknown-elf-gcc，可能是因为重新开了新的终端。可以使用前source一下环境变量，使得$RISCV环境变量生效。或者重启之后，一劳永逸。

source /etc/profile
riscv64-unknown-elf-gcc helloworld.c -o helloworld

但是生成的二进制文件不能直接运行，因为主机架构是X86。

RISC-V运行环境

得到了RISC-V的二进制elf文件后，需要依赖指令模拟器才能在X86架构的主机上运行RISC-V的elf文件，比如Spike, qemu, gem5等。下面介绍两种常用的运行环境（Spike+PK 和 qemu），可自行选择。

Spike + PK

Spike github地址：https://github.com/riscv/riscv-isa-sim
PK github地址：https://github.com/riscv/riscv-pk
Spike是专门的RISC-V指令模拟器，支持RISC-V各种模块的指令(如A，F，D，V等)，而且也有debug模式。
RISC-V Proxy Kernel(riscv-pk)是RISC-V的一个轻量级应用程序执行环境，可以托管静态链接的RISC-V ELF二进制文件。
可以把spike理解为模拟硬件，pk理解为操作系统，两个配合来加载运行RISC-V ELF二进制文件。

下载与编译：
spike

apt-get install device-tree-compiler
git clone [email protected]:riscv/riscv-isa-sim.git
cd riscv-isa-sim
mkdir build
cd build
../configure --prefix=$RISCV
make
[sudo] make install

pk

git clone [email protected]:riscv/riscv-pk.git
cd riscv-pk
mkdir build
cd build
../configure --prefix=$RISCV --host=riscv64-unknown-elf
make
make install

测试：

spike pk helloworld

需要注意的是，PK是不能够加载动态链接的RISCV ELF文件的（正好对应elf-gcc版本只支持静态链接编译）。而linux-gnu-gcc版本的riscv工具链默认是动态链接，直接使用spike + pk无法正常执行。

调整方式只需要手动指定静态链接即可（加上-static参数）：

qemu

qemu是一个通用的、开源的机器仿真器和虚拟机。qemu支持各种架构的指令模拟，如arm,aarch64,以及RISC-V。具体的架构选择需要在编译的时候通过config文件指定。
qemu官网：https://www.qemu.org
下载与编译：

git clone https://git.qemu.org/git/qemu.git
cd qemu
git submodule init
git submodule update --recursive

或者直接下载zip包

wget https://download.qemu.org/qemu-5.2.0.tar.xz
tar xvJf qemu-5.2.0.tar.xz

riscv的qemu有两种：

• riscv-64-linux-user为用户模式，可以运行基于riscv指令集编译的程序文件（target-list=riscv64-linux-user）
• riscv64-softmmu为镜像模拟器，可以运行基于riscv指令集编译的linux镜像（target-list=riscv64-softmmu）

这里运行简单ELF程序我们直接用用户模式：

cd qemu
./configure --target-list=riscv64-linux-user
make -j4

测试：

./riscv64-linux-user/qemu-riscv64 helloworld

与Spike+PK只支持静态链接程序不同，qemu-riscv是支持静态链接和动态链接的程序的。