大家一起从零设计RISC-V处理器（三）之Centos7 搭建RISC-V 32位交叉编译环境（ riscv-gnu-toolchain）

1.介绍

• 什么是交叉编译？
  大家可以看这篇文章了解编译相关的知识，写的很不错：
  交叉编译知识解析（一） —— 交叉编译和交叉工具链

• 为什么需要搭建RISC-V的交叉编译环境？
  作为一个CPU或者SOC，需要在PC电脑编写程序烧写到我们所设计的RISC-V CPU中运行，那么就需要这个交叉编译环境去编写我们C程序编译成elf文件，同时也是为了在仿真期间实现编写C程序的测试用例；

• riscv-gnu-toolchain是什么？
  简单来说是RISCV的工具链，包含交叉编译工具：GCC；提供一些C运行库；还有用于调试GDB。。。
  该工具链里面还有比较多的功能，详细自己慢慢研究，我目前研究也不是很深；

2.目标环境

• RISCV 32位
• 支持RV32 I&M两个指令集
• Centos7 64位

3.曲折的下载与编译

1）下载

首先进入到home下，非用户home目录下，如图所示

创建Riscv_Tools文件夹，riscv工具链将会在改目录下进行，由于该路径普通用户无权限所以使用sudo并修改权限

sudo mkdir Riscv_Tools
sudo chmod 777 Riscv_Tools
cd Riscv_Tools

riscv-gnu-toolchain仓库在github上，但是国内git取下来很慢而且总是出错，尝试过VPN下载也会出问题，很无奈啊，这个工具链差不多又5个G大小，为了下一个正常的浪费了我差不多一周的时间。幸好gitee上有镜像，但是需要做一些修改才能下一个完整的，这都是坑；
这里先不下载里面的子项目：

git clone https://gitee.com/mirrors/riscv-gnu-toolchain.git

修改.gitmodules里面子库的链接地址，全部替换成我下面的：

cd riscv-gnu-toolchain
g .gitmodules

[submodule "riscv-binutils"] path = riscv-binutilsurl = https://gitee.com/mirrors/riscv-binutils-gdb.gitbranch = riscv-binutils-2.36.1
[submodule "riscv-gcc"]path = riscv-gccurl = https://gitee.com/mirrors/riscv-gcc.gitbranch = riscv-gcc-10.2.0
[submodule "riscv-glibc"]path = riscv-glibcurl = http://sourceware.org/git/glibc
[submodule "riscv-dejagnu"]path = riscv-dejagnuurl = https://gitee.com/mirrors/riscv-dejagnu.gitbranch = riscv-dejagnu-1.6
[submodule "riscv-newlib"]path = riscv-newliburl = https://gitee.com/mirrors/riscv-newlib.gitbranch = master
[submodule "riscv-gdb"]path = riscv-gdburl = https://gitee.com/mirrors/riscv-binutils-gdb.gitbranch = fsf-gdb-10.1-with-sim
[submodule "qemu"]path = qemuurl = https://gitee.com/mirrors/qemu.git

替换好后，执行下面两个命令，将子项目取下来；

git submodule sync
git submodule update --init --recursive

期间qemu可能有错误，同时因为最新qemu要求GCC版本很高，我Linux中安装EDA工具不能随便更新内核东西，所以下一个版本比较低的；

wget https://download.qemu.org/qemu-6.0.0.tar.xz
tar xvJf qemu-6.0.0.tar.xz

为了节省空间，可以将不需要的删除，建议先保留，整个环境搭建完成后再删除；

rm qemu-6.0.0.tar.xz
rm -r qemu

2）编译

先将工具链的环境添加到我们bashrc中，在底部添加即可，记得source；
这里的相关路径决定后面的工具编译以及以后工具的调用，因此自己想要修改的需要注意；

#==================================================================================
#   RISCV Tools
#==================================================================================
export RISCV=/home/Riscv_Tools
export QEMU_HOME=$RISCV/riscv-gnu-toolchain/qemu-6.0.0
PATH=$PATH:$RISCV/bin
PATH=$PATH:$QEMU_HOME/build/riscv32-linux-user
alias qemu32='qemu-riscv32';
alias rv32_elf='riscv32-unknown-elf-gcc';

先更新一下源，出现提示均输入选“y”回车

$ sudo yum install autoconf automake python3 libmpc-devel mpfr-devel gmp-devel gawk  bison flex texinfo patchutils gcc gcc-c++ zlib-devel expat-devel

进入到/home/Riscv_Tools/riscv-gnu-toolchain目录下，执行以下命令，开始编译工具链，-j8使用8线程跑，这样快很多，这个根据自己实际情况设置，不设置默认1线程；

./configure --prefix=$RISCV --with-arch=rv32gc --with-abi=ilp32d
make -j8

• –with-arch
  指定RISCV平台所支持的模块化指令集组合。具体组合有
  rv32i或rv64i加上标准扩展（a）Tomic（原子操作），（m）乘法和除法，（f）loat，（d）ouble，（c）压缩，或（g）一般用于MAFD。

  • rv32i[m/a/f/d/c]
  • rv32g[c]
  • rv64i[m/a/f/d/c]
  • rv64g[c]

• –with-abi
  支持的ABI有ilp32（32位软浮点）、ilp32d（32位硬浮点）、ilp32f（32位寄存器单精度，内存双精度，仅限小众使用）

同上操作

./configure --prefix=$RISCV --with-arch=rv32gc --with-abi=ilp32d
make linux -j8

这里出现问题，make版本过低，需要做一下升级

centos为了追求稳定性，很多工具版本比较低，遇到这种问题，自己升级一下就行，如下make版本还是3.8，需要做一下升级；

make -v

就在riscv-gnu-toolchain目录下，按照下面步骤安装make4.0即可；这里下载的make压缩包以及解压文件，在整个环境搭建完成后可以删除

#下载
wget http://mirrors.ustc.edu.cn/gnu/make/make-4.0.tar.gz
#解压
tar xf make-4.0.tar.gz 
cd make-4.0/
#编译
./configure 
make
make install
# 此时的 make 还是3.82 与环境变量有关系
make -v
# 这是我们刚安装的 make 它的版本是4.0
/usr/local/bin/make -v
# 找一下都有哪些 make，一般在/usr/bin/
whereis make
#进入目录
cd /usr/bin/
# 把默认的 make 改名 ，备份
mv make make.bak
# 建立一个软连接
ln -sv /usr/local/bin/make /usr/bin/make
# 此时的 make 已经是4.0
make -v

回到riscv-gnu-toolchain目录，重新执行上步命令，完成编译

编译qemu工具

cd qemu-6.0.0
mkdir build && cd build
../configure --target-list=riscv32-linux-user
make -j8

出现没有Ninja的Error，需要安装一下

直接安装Ninjia会出现无可用软件包，红帽官方给的rpm包也不够丰富，需要EPEL (Extra Packages for Enterprise Linux)为“红帽系”的操作系统提供额外的软件包；

sudo yum install -y  epel-release

中间出现提示输入“y”回车即可

sudo yum install ninja-build

安装完成后重新编译qume，还是如下问题

需要安装一下gtk2-devel，安装完成后，重新编译qume

sudo yum install gtk2-devel

编译成功

3）检查

编译工具如下；
riscv32-unknown-elf-gcc：用于编译Riscv 32位裸机程序
riscv32-unknown-linux-gnu-gcc：用于编译Riscv 32位linux系统程序

qemu模拟器编译如下：
使用该命令：qemu-riscv32可以运行riscv32-unknown-elf-gcc编译得到的elf文件，模拟程序运行；

4.程序编译与测试

在用户目录下新建一个test文件夹并进入，新建hello.c程序文件；

mkdir test && cd test
touch hello.c

添加一个打印函数的程序

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

使用以下命令编译并使用qemu模拟运行；

riscv32-unknown-elf-gcc  -static -Ttext 0x80000000 hello.c -o hello.elf
qemu-riscv32 -B 0x80000000 hello.elf

出现打印信息，编译环境搭建成功

5.总结

这也是我第一次搭建RISCV环境，其实很多东西还未搞清楚，目前简单分享一些搭建经验，让大家少走一些弯路，同时有错误之处欢迎指教，有问题也可以加我微信或者加群交流！
该RISCV工具链编译环境在我前面分享的IC_EDA虚拟机上搭建的，有两个版本，各取所需吧，详情请看：开源IC_EDA虚拟机

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