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RISC-V RV64ILP32工具链适配RT-Thread

发布于 2024-07-26 14:09:18 浏览：300 订阅该版

[tocm]

# RISC-V RV64ILP32工具链适配RT-Thread

## 简介

达摩院-玄铁团队提出了松弛扩展寻址模式（Relaxed-Addressing Mode），并与中科院软件所-PLCT实验室联合发布了业界首款RISC-V新32位产品级开源工具链（rv64ilp32 toolchain），新32位工具链基于 RISC-V 64ilp32 ABI，融合了松弛扩展寻址技术，让64位硬件流畅运行新32位软件，RT-Thread基于qemu-virt64-riscv bsp适配了该工具链。

- qemu-virt64-riscv bsp：https://github.com/RT-Thread/rt-thread/tree/master/bsp/qemu-virt64-riscv
- 新32位工具链(rv64ilp32):https://github.com/ruyisdk/riscv-gnu-toolchain-rv64ilp32/releases

## 1 什么是RV64ILP32？

RV64顾名思义是指当前使用的平台是RISC-V64的平台。那么ILP32指什么？

### 1.1 -mabi的作用？

RISC-V GCC通过-mabi选项指定数据模型和浮点参数传递规则。有效的选项值包括ilp32、ilp32f、ilp32d、lp64、lp64f 和 lp64d。前半部分指定`数据模型`，后半部分指定浮点参数传递规则。

> `i`指`int`，`l`指`long`，`p`指`pointer`即指针，`32/64`指前面给出的类型是`32/64`位的；`f`指`float`，指`float`型浮点数参数通过浮点数寄存器传递；`d`指`double`，指`floa`t型和`double`型浮点数参数通过浮点数寄存器传递。

数据模型：

浮点参数传递规则：

浮点参数传递规则只跟`-mabi`选项有关，和`-march`选项没有直接关系，但是部分`-mabi`选项需要浮点寄存器，浮点寄存器是通过浮点扩展指令引入的，这就需要在`-march`选项中指定浮点扩展。

## 2 RT-Thread适配rv64ilp32工具链

当前系统是基于常规的arch与abi设计，在使用rv64ilp32工具链直接编译生成的固件则不能正常运行，更不能在之前的常规的qemu上运行。所为了能够把使用rv64ilp32工具链编译的rtthread固件在qemu上运行起来，需要做一些调整，rt-thread的bsp目录下的`qemu-virt64-riscv`bsp适配了riscv64的qemu,所以我们在该bsp的基础上进行修改，进行rv64ilp32工具链的支持。

### 2.1 修改编译参数mabi

修改前：

```python
    DEVICE  = ' -mcmodel=medany -march=rv64imafdc -mabi=lp64 '
```

修改后：

```python
    DEVICE  = ' -mcmodel=medany -march=rv64imafdc -mabi=ilp32d '
```

使用ilp32d参数后，编译后代码的数据类型将使用上述1.1的数据类型的长度。

### 2.2 添加寄存器数据类型

```c
#if defined(RT_USING_RV64ILP32)
typedef unsigned long long rt_uintreg_t;
#else
typedef unsigned long rt_uintreg_t;
#endif
```

在原有的bsp下操作寄存器的的数据类型为`rt_size_t`，当前系统该数据类型为`unsigned long`,使用`-mabi=ilp32d`后该数据类型的长度为32bit,该长度无法用于缓存64bit寄存器的数据，所以在最小的改动前提下，定义上述的寄存器数据类型；

### 2.3 修改缓存寄存器参数的数据类型

rt-thread在初始化栈帧时使用`rt_ubase_t`类型作为寄存器的数据类型，在`-mabi=ilp32d`下该数据类型的长度为32bit，所以将涉及寄存器的数据类型都需要修改为`rt_uintreg_t`.修改示例：

修改前

```c
rt_uint8_t *rt_hw_stack_init(void *tentry,
                             void *parameter,
                             rt_uint8_t *stack_addr,
                             void *texit)
{
    rt_ubase_t *sp = (rt_ubase_t *)stack_addr;
    // we use a strict alignment requirement for Q extension
    sp = (rt_ubase_t *)RT_ALIGN_DOWN((rt_ubase_t)sp, 16);

(*--sp) = (rt_ubase_t)tentry;
    (*--sp) = (rt_ubase_t)parameter;
    (*--sp) = (rt_ubase_t)texit;

/* compatible to RESTORE_CONTEXT */
    extern void _rt_thread_entry(void);
    return (rt_uint8_t *)_rt_hw_stack_init(sp, (rt_ubase_t)_rt_thread_entry, K_SSTATUS_DEFAULT);
}
```

修改后：

```c
rt_uint8_t *rt_hw_stack_init(void *tentry,
                             void *parameter,
                             rt_uint8_t *stack_addr,
                             void *texit)
{
    rt_uintreg_t *sp = (rt_uintreg_t *)stack_addr;
    // we use a strict alignment requirement for Q extension
    sp = (rt_uintreg_t *)RT_ALIGN_DOWN((rt_uintreg_t)sp, 16);

(*--sp) = (rt_uintreg_t)tentry;
    (*--sp) = (rt_uintreg_t)parameter;
    (*--sp) = (rt_uintreg_t)texit;

/* compatible to RESTORE_CONTEXT */
    extern void _rt_thread_entry(void);
    return (rt_uint8_t *)_rt_hw_stack_init(sp, (rt_uintreg_t)_rt_thread_entry, K_SSTATUS_DEFAULT);
}
```

详细的修改步骤参考：https://github.com/RT-Thread/rt-thread/pull/9194

## 3 在RT-Thread中使用`rv64ilp32`工具链编译运行`qemu-virt64-riscv`BSP

### 3.1 配置工程

- 配置工具链路径: 修改EXEC_PATH为rv64ilp32工具链路径

- 修改ABI参数为：-mabi=ilp32d

- 使用menuconfig使能下述选项:

```shell
  RT_USING_RV64ILP32
  ```

- 使用menuconfig失能下述选项:

```shell
  RT_USING_POSIX_PIPE
  RT_USING_POSIX_FS
  RT_USING_DFS
  ```

### 3.2 运行工程

执行`./qemu-rv64ilp32-nographic.sh`在`qemu-system-riscv64ilp32`上运行固件。

运行结果：

```shell
\ | /
- RT -     Thread Operating System
 / | \     5.2.0 build Jul 26 2024 13:49:10
 2006 - 2024 Copyright by RT-Thread team
lwIP-2.0.3 initialized!
[I/sal.skt] Socket Abstraction Layer initialize success.
[I/utest] utest is initialize success.
[I/utest] total utest testcase num: (0)
Hello RISC-V
msh >ps
thread                   pri  status      sp     stack size max used left tick   error  tcb addr
------------------------ ---  ------- ---------- ----------  ------  ---------- ------- ----------
tshell                    20  running 0x000001e0 0x00004000    06%   0x0000000a OK      0x80279d98
sys workq                 23  suspend 0x00000158 0x00002000    04%   0x0000000a OK      0x80277870
tcpip                     10  suspend 0x00000208 0x00002000    07%   0x00000014 EINTRPT 0x802756e0
etx                       12  suspend 0x000001a8 0x00002000    05%   0x00000010 EINTRPT 0x80263e00
erx                       12  suspend 0x000001a8 0x00002000    05%   0x00000010 EINTRPT 0x80265f40
tidle0                    31  ready   0x000002d0 0x00004000    07%   0x00000011 OK      0x802688f8
timer                      4  suspend 0x000001a0 0x00004000    02%   0x0000000a EINTRPT 0x8026ccc0
```

感兴趣的伙伴快尝试起来叭！！！