使用ANSI C代码实现RISC-V CPU内核

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

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

/* Memory access callbacks: data is input/output, return RV_BAD on fault, 0 otherwise */
typedef rv_res (*rv_store_cb)(void *user, rv_u32 addr, rv_u8 data);
typedef rv_res (*rv_load_cb)(void *user, rv_u32 addr, rv_u8 *data);

/* Initialize CPU. */
void rv_init(rv *cpu, void *user, rv_load_cb load_cb, rv_store_cb store_cb);

/* Single-step CPU. Returns 0 on success, one of RV_E* on exception. */
rv_u32 rv_step(rv *cpu);

用法

#include < stdio.h >
#include < string.h >

#include "rv.h"

rv_res load_cb(void *user, rv_u32 addr, rv_u8 *data) {
  if (addr - 0x80000000 > 0x10000) /* Reset vector is 0x80000000 */
    return RV_BAD;
  *data = ((rv_u8 *)(user))[addr - 0x80000000];
  return RV_OK;
}

rv_res store_cb(void *user, rv_u32 addr, rv_u8 data) {
  if (addr - 0x80000000 > 0x10000)
    return RV_BAD;
  ((rv_u8 *)(user))[addr - 0x80000000] = data;
  return RV_OK;
}

rv_u32 program[2] = {
    /* _start: */
    0x02A88893, /* add a7, a7, 42 */
    0x00000073  /* ecall */
};

int main(void) {
  rv_u8 mem[0x10000];
  rv cpu;
  rv_init(&cpu, (void *)mem, &load_cb, &store_cb);
  memcpy((void *)mem, (void *)program, sizeof(program));
  while (rv_step(&cpu) != RV_EECALL) {
  }
  printf("Environment call @ %08X: %un", cpu.pc, cpu.r[17]);
  return 0;
}

为rv编译程序

使用 riscv-gnu-toolchain工具链和 rv 链接脚本 。

建议使用gcc命令行：

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

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：

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

支持的指令列表

参见 支持指令列表。