600 行 ANSI C 代码实现 RISC-V CPU 核

sunsili

600 行 ANSI C 代码实现 RISC-V CPU 核

今天在 GitHub 上看到一个 C 语言项目，用大约 600 行代码实现了一个 RISC-V CPU 核，甚为感叹，分享一下。不管是学习 C，还是学习 RISC-V，这个项目都有非常高的学习价值，开源万岁！

rv[1]

用 ANSI C 编写的 RISC-V CPU 内核。

特征：

• RV32IMC 用户级实现
• 通过 riscv 测试中所有支持的测试
• ~600 行代码
• 不使用任何大于 32 位的整数类型，即使对于乘法也是如此
• 简单 API（两个函数，加上您提供的两个内存回调函数）
• 无内存分配
  

应用程序接口

1. /* Memory access callbacks: data is input/output, return RV_BAD on fault, 0 otherwise */
   
2. typedef rv_res (*rv_store_cb)(void *user, rv_u32 addr, rv_u8 data);
   
3. typedef rv_res (*rv_load_cb)(void *user, rv_u32 addr, rv_u8 *data);
   
4. 
   
5. /* Initialize CPU. */
   
6. void rv_init(rv *cpu, void *user, rv_load_cb load_cb, rv_store_cb store_cb);
   
7. 
   
8. /* Single-step CPU. Returns 0 on success, one of RV_E* on exception. */
   
9. rv_u32 rv_step(rv *cpu);

复制代码

用法

1. #include <stdio.h>
   
2. #include <string.h>
   
3. 
   
4. #include "rv.h"
   
5. 
   
6. rv_res load_cb(void *user, rv_u32 addr, rv_u8 *data) {
   
7.   if (addr - 0x80000000 > 0x10000) /* Reset vector is 0x80000000 */
   
8.     return RV_BAD;
   
9.   *data = ((rv_u8 *)(user))[addr - 0x80000000];
   
10.   return RV_OK;
    
11. }
    
12. 
    
13. rv_res store_cb(void *user, rv_u32 addr, rv_u8 data) {
    
14.   if (addr - 0x80000000 > 0x10000)
    
15.     return RV_BAD;
    
16.   ((rv_u8 *)(user))[addr - 0x80000000] = data;
    
17.   return RV_OK;
    
18. }
    
19. 
    
20. rv_u32 program[2] = {
    
21.     /* _start: */
    
22.     0x02A88893, /* add a7, a7, 42 */
    
23.     0x00000073  /* ecall */
    
24. };
    
25. 
    
26. int main(void) {
    
27.   rv_u8 mem[0x10000];
    
28.   rv cpu;
    
29.   rv_init(&cpu, (void *)mem, &load_cb, &store_cb);
    
30.   memcpy((void *)mem, (void *)program, sizeof(program));
    
31.   while (rv_step(&cpu) != RV_EECALL) {
    
32.   }
    
33.   printf("Environment call @ %08X: %u\n", cpu.pc, cpu.r[17]);
    
34.   return 0;
    
35. }

复制代码

为rv编译程序

使用 riscv-gnu-toolchain[2] 工具链和 rv 链接脚本[3]。

建议使用gcc命令行：

1. riscv64-unknown-elf-gcc example.S -nostdlib -nostartfiles -Tlink.ld -march=rv32imc -mabi=ilp32 -o example.o -e _start -g -no-pie

复制代码

然后用 obj 工具将0x80000000起始的二进制代码生成能被rv加载的二进制文件：

1. riscv64-unknown-elf-objcopy -g -O binary example.o example.bin

复制代码

支持的指令列表

参见 支持指令列表[4]。

参考资料
[1]rv: https://github.com/mnurzia/rv
[2]riscv-gnu-toolchain: https://github.com/riscv-collab/riscv-gnu-toolchain
[3]rv 链接脚本: https://github.com/mnurzia/rv/blob/main/tools/link.ld
[4]支持指令列表: https://github.com/mnurzia/rv#instruction-list