Ubuntu20.04搭建RISC-V和qemu环境

1. 前言

risc-v是一个非常有潜力的指令集框架，最近对其产生了浓厚的兴趣，由于之前对于这方面的知识储备很少，在加上网上的教程都是点到为止，所以安装过程异常曲折。好在最后一步一步积累摸索，终于利用源码安装完成。看到此文章的同学，相信你也对RISC-V感兴趣，并且在安装过程也遇到了一些问题，希望这篇文章能够帮到你。 本文假设你已经安装了ubuntu20.04或者Ubuntu18.04，我在Ubuntu18.04和Ubuntu20.04都安装成功过，Ubuntu18.04默认是python3.6，所以在安装qemu的时候需要升级python,并安装ninga. 本文使用Ubuntu20.04以源码的方式安装RISC-V和qemu，并测试其正常工作。

2. 安装RISC-V

2.1 下载risc-v的源码

risc-v地址为​​​​​​GitHub - riscv-collab/riscv-gnu-toolchain: GNU toolchain for RISC-V, including GCCGNU toolchain for RISC-V, including GCC. Contribute to riscv-collab/riscv-gnu-toolchain development by creating an account on GitHub.https://github.com/riscv-collab/riscv-gnu-toolchain

下载后会有目录riscv-gnu-toolchain目录,该目录不大，使用GitHub可以很快下载完成。 下载命令为:git clone [email protected]:riscv-collab/riscv-gnu-toolchain.git  先不着急使用configure安装,因为安装过程会从github下载gcc,newlib等子库，速度非常慢，容易中断。继续看第二步下载子模块

2.2 子模块下载

使用浏览器打开https://github.com/riscv-collab/riscv-gnu-toolchain ，然后双击.gitmodules，可以看到每个子模块的路径和分支。根据绿色部分的名字，在国内的gitee上搜索，找到对应的库路径即可。cd riscv-gnu-toolchain 这个路径然后git clone gitee路径。 这里要注意：有的库名字和clone后的目录名字相同，有的不相同，不相同库的在切换到正确的分支后须修改为子目录名称。例如binutils库克隆后的目录为binutils-gdb,  需要先进入binutils-gdb目录，使用git checkout切换到binutils-2_40-branch分支。然后删除原有的binutils目录，在使用mv命令修改为binutils-gdb目录为binutils。  如gcc目录同gcc库名字相同，直接在gitee上找到库路径后克隆gcc库后切换到对应的分支即可。注意：子模块的目录都是空，使用clone之后都不为空，可以用来检查是否有遗漏。操作一定要小心，不然configure的时候会卡住。如果编译过程卡住2分钟，不要犹豫，直接停止编译，检查子库是否下载正确。纠正后清空build目录里面的内容重新编译。

下面是自己从gitee上找的对应模块，直接复制url的内容按删除操作一个一个clone修改即可。当然你也可以把内容复制到riscv-gnu-toolchain目录里面的.gitmodules文件里面，然后更新子模块配置，让其自动下载，这部分有兴趣可以自己研究，我这边尝试了一把卡住了没成功。

[submodule "binutils"]
	path = binutils
	url = https://gitee.com/keaide/binutils-gdb.git
	branch = binutils-2_40-branch
[submodule "gcc"]
	path = gcc
	url = https://gitee.com/mirrors/gcc.git
	branch = releases/gcc-13
[submodule "glibc"]
	path = glibc
	url = https://gitee.com/rtlhq/glibc.git
[submodule "dejagnu"]
	path = dejagnu
	url = https://gitee.com/nwpu-ercesi/dejagnu.git
	branch = master
[submodule "newlib"]
	path = newlib
	url = https://gitee.com/mirrors/newlib-cygwin.git
	branch = master
[submodule "gdb"]
	path = gdb
	url = https://gitee.com/keaide/binutils-gdb.git
	branch = gdb-13-branch
[submodule "qemu"]
	path = qemu
	url = https://gitee.com/liwg06/qemu.git
[submodule "musl"]
	path = musl
	url = https://gitee.com/nwpu-ercesi/musl.git
	branch = master
[submodule "spike"]
	path = spike
	url = https://gitee.com/houxibiao/riscv-isa-sim.git
	branch = master
[submodule "pk"]
	path = pk
	url = https://gitee.com/houxibiao/riscv-pk.git
	branch = master
[submodule "llvm"]
	path = llvm
	url = https://gitee.com/mirrors/LLVM.git
	branch = release/17.x

2.3 RISC-V编译

1. 正确执行2.1和2.2步骤后，可以编译安装了，按照官方文档，先执行如下命令安装库依赖：

$ sudo apt-get install autoconf automake autotools-dev curl python3 python3-pip libmpc-dev libmpfr-dev libgmp-dev gawk build-essential bison flex texinfo gperf libtool patchutils bc zlib1g-dev libexpat-dev ninja-build git cmake libglib2.0-dev

2. 在/opt目录下创建riscv目录，并修改权限为777 【很重要】

sudo mkdir /opt/riscv
sudo chmod 777 /opt/riscv

3. 在riscv-gnu-toolchain目录创建build目录，然后执行如下命令：

cd riscv-gnu-toolchain
mkdir build
cd build
../configure --prefix=/opt/riscv --enable-multilib
make linux -j 4

这里使用了兼容32和64位的模式编译，其它模式也是可以的，按照github官方文档说明即可。执行上述命令估计要40分钟左右才能编译完成。看到如下执行完成，没有卡住算是编译完成

此时/opt/riscv目录如下：

2.4. 配置RISC-V环境变量

1. 编辑~/.bashrc

vim ~/.bashrc

2. 在文件~/.bashrc末尾写入如下内容：

export RISCV="/opt/riscv"
export PATH=$PATH:$RISCV/bin

3. 使配置文件生效

source ~/.bashrc

3. 测试RISC-V

1. 创建一个hello.c文件，内容如下：

#include
int main(){
    printf("%s","hello RISCV!");
    return 1;    
}

2. 使用risc-v的gcc编译 

编译无报错，说明成功。编译后是无法执行的，需要安装qemu才能执行

4. 安装QEMU

进入riscv-gnu-toolchain/qemu里面，会发现这里面也有.gitmodules, 这里面的下载路径下载速度还行，直接使用如下命令安装即可，如果卡住就按照risc-v的方法手动下载qemu的子目录即可。最新的qemu是8.1.5，我这边使用6.1稳定版

qemu的子模块目录：注意带roms的模块需要cd到roms路径克隆，不带roms切换到qemu目录克隆，带test和ui路径需要切换到test和ui目录克隆。都使用默认的master分支即可。

[submodule "roms/seabios"]
	path = roms/seabios
	url = https://gitlab.com/qemu-project/seabios.git/
[submodule "roms/SLOF"]
	path = roms/SLOF
	url = https://gitlab.com/qemu-project/SLOF.git
[submodule "roms/ipxe"]
	path = roms/ipxe
	url = https://gitlab.com/qemu-project/ipxe.git
[submodule "roms/openbios"]
	path = roms/openbios
	url = https://gitlab.com/qemu-project/openbios.git
[submodule "roms/qemu-palcode"]
	path = roms/qemu-palcode
	url = https://gitlab.com/qemu-project/qemu-palcode.git
[submodule "roms/sgabios"]
	path = roms/sgabios
	url = https://gitlab.com/qemu-project/sgabios.git
[submodule "dtc"]
	path = dtc
	url = https://gitlab.com/qemu-project/dtc.git
[submodule "roms/u-boot"]
	path = roms/u-boot
	url = https://gitlab.com/qemu-project/u-boot.git
[submodule "roms/skiboot"]
	path = roms/skiboot
	url = https://gitlab.com/qemu-project/skiboot.git
[submodule "roms/QemuMacDrivers"]
	path = roms/QemuMacDrivers
	url = https://gitlab.com/qemu-project/QemuMacDrivers.git
[submodule "ui/keycodemapdb"]
	path = ui/keycodemapdb
	url = https://gitlab.com/qemu-project/keycodemapdb.git
[submodule "capstone"]
	path = capstone
	url = https://gitlab.com/qemu-project/capstone.git
[submodule "roms/seabios-hppa"]
	path = roms/seabios-hppa
	url = https://gitlab.com/qemu-project/seabios-hppa.git
[submodule "roms/u-boot-sam460ex"]
	path = roms/u-boot-sam460ex
	url = https://gitlab.com/qemu-project/u-boot-sam460ex.git
[submodule "tests/fp/berkeley-testfloat-3"]
	path = tests/fp/berkeley-testfloat-3
	url = https://gitlab.com/qemu-project/berkeley-testfloat-3.git
[submodule "tests/fp/berkeley-softfloat-3"]
	path = tests/fp/berkeley-softfloat-3
	url = https://gitlab.com/qemu-project/berkeley-softfloat-3.git
[submodule "roms/edk2"]
	path = roms/edk2
	url = https://gitlab.com/qemu-project/edk2.git
[submodule "slirp"]
	path = slirp
	url = https://gitlab.com/qemu-project/libslirp.git
[submodule "roms/opensbi"]
	path = roms/opensbi
	url = 	https://gitlab.com/qemu-project/opensbi.git
[submodule "roms/qboot"]
	path = roms/qboot
	url = https://gitlab.com/qemu-project/qboot.git
[submodule "meson"]
	path = meson
	url = https://gitlab.com/qemu-project/meson.git
[submodule "roms/vbootrom"]
	path = roms/vbootrom
	url = https://gitlab.com/qemu-project/vbootrom.git

具体命令如下：

1. 创建qemu目录存放编译后的二进制文件

sudo mkdir /opt/qemu
sudo chmod 777 /opt/qemu

3. 执行如下命令,避免过程报错Dependency "pixman-1" not found, tried pkgconfig和一些依赖错误

 sudo apt-get install libpixman-1-dev
 pip3 install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple sphinx==5.3.0
 # 还有一个python依赖，没记录下来，如果出现了，执行pip3安装该库的命令即可

3. 进入riscv-gnu-toolchain/qemu创建build目录并编译，编译耗时1小时左右，出现下图即算编译成功

mkdir build
cd build
../configure --prefix=/opt/qemu
make j 4
make install

4.参考2.4配置qemu的环境变量即可，我这边最终的riscv和qemu的环境变量如下：

其中.local/bin是安装python库的时候一个告警，我手动添加的。应该不加也没事。

5. 测试QEMU（用户模式）

1.报错找不到链接库

使用qemu执行hello二进制文件报错找不到链接库

原因是：qemu-riscv64会在/lib下搜索riscv64的动态链接，而我们编译的riscv链接在/opt/riscv/sysroot里面。网上有直接copy到/lib下，但是还有其他.so文件问题，全部拷贝之后，容易把系统搞崩溃，我怀疑我的Ubuntu18.04就是这样高崩溃的。

2. 指定链接库路径执行

为了避免每次都需要手动执行动态链接库，使用 qemu-riscv64 -h发现设置QEMU的目录动态链接路径即可

3. 配置默认动态链接路径: