香山CPU（国产开源）的 SoC SDK底层程序编写，以及其它开源SoC芯片介绍

香山CPU（国产开源）的 SoC SDK底层程序编写，以及如意开源操作系统介绍

• 目的是用C语言在以香山开源CPU核为基础的开源SoC芯片的硬件平台上，编写完整的裸机SDK、RTOS驱动、Linux驱动。限于当前香山CPU还没有完整的开源SoC，没有外设模块，前期会借鉴蜂鸟E203、玄铁CH2601、OpenTitan、SiFive Freedom E310等带外设的开源SoC的模块寄存器来编写程序。因为没有香山CPU的开发板，程序都会运行在NEMU或QEMU模拟器上。

• 香山开源CPU核的开发商是北京开源芯片研究院 ，目标是打造开源RISC-V产业生态，但现在才初步开始，并没有一款带所有外设的开源SoC，也没有开发板出售，当前的主线项目还只有香山CPU核；

• 源码仓库：才鲸嵌入式/香山CPU（SoC）SDK
• CSDN阅读网址：香山CPU（国产开源）的 SoC SDK底层程序编写，以及其它开源SoC芯片介绍

一、前言

• 困扰：换过几家公司，用过几种芯片，它们有着不同的CPU核，不同的外设寄存器，不同的协议栈代码（例如8051、ARM Cortex-M、ARM Cortex-A、Xtensa、TI C66x、AVR），总是做一些重复性工作。既然芯片总是换来换去，代码没有延续性，反正都是要换的，为何不干脆针对一款普及最广的开源CPU IP核以及开源SoC芯片写一些底层代码呢？这样利用空余时间还能不断迭代代码，学习一些新思路。

  • 这些底层SDK代码原本是会由芯片厂商提供的，也就是由芯片厂商里的嵌入式软件工程师编写。但是当前并没有专门提供可商用开源SoC芯片的公司，所以我准备选一个CPU核写一点。
  • 因此这个学习型仓库的受众是芯片厂商的嵌入式软件工程师（SDK、中间件、操作系统移植、驱动），一般公司的嵌入式驱动软件工程师，以及对底层工作内容感兴趣的嵌入式应用软件工程师。

• 基于上述目的搜索了一下可用的硬件平台；

  • 开源的CPU指令集：RISC‑V（使用最多）、OpenRISC、SPARC V8/V9、MIPS开源版本、OpenSPARC、OpenPOWER、MIPS Open、LatticeMico32、WARP‑V、MOR1KX；
  • 开源的CPU核（IP）：香山（国产）、玄铁C906/C910（国产）、wujian100_open/玄铁CH2601（国产）、VexRiscv、PicoRV32、Rocket、BlackParrot、OpenRio、CV32E40P、NEORV32、Ibex、CVA6、Ariane、BOOM、CV32E40P、darkriscv、Hummingbirdv2 E203、木心处理器、Sodor、YARVI、Pulpino、GRVI Phalanx、SweRV EH1、PicoRio、RISCY；
    • 里面有很多是用在FPGA上，或者仅供研究无法商用，或者不再更新迭代的；
  • 开源的MCU/SoC（CPU+总线+外设）：蜂鸟Hummingbird E203（国产，偏教学）、LiteX（适配多种CPU核，SoC生成器）、Freedom E310、OpenTitan、X-HEEP、Sodor SoC、OpenPiton、NEORV32、IOb-SoC、PicoRV32 + PicoSoC、VexRiscv + Murax、Rocket Chip、PULPino；
    • 基本上都是用在FPGA上，或者仅供研究无法商用，或者不是通用MCU的
  • 最终选定香山CPU核，再融合其它开源SoC里的模块，在QEMU模拟器上运行代码。

• 香山CPU核资料：

  • 代码仓库：XiangShan/XiangShan
  • CPU使用文档：香山开源处理器用户手册
  • 官网：北京开源芯片研究院
  • 服务公司，北京开芯红科技有限公司：国内RISC-V CPU设计公司汇总，竟有四十多家！

• 挑战：香山是高性能CPU，本意是为服务器芯片、AI芯片、GPU、DPU、工业控制、能源、医疗、汽车、通信和机器人应用场景设计，而不是为嵌入式场景设计的，所以为了在SoC上集成USB、网络、串口、SPI、I2C、SD、2D等开源IP核，还要想些办法，主要是把开源外设模块的寄存器实现移植到QEMU的模拟器中去

  • 创新“产学研”协同模式 开芯院发布第二代“香山”（南湖） 开源高性能RISC-V处理器核

• 已商用的产品：

  • 首款香山笔记本——如意香山本全球首款香山笔记本“如意香山本”发布：2.5GHz 第二代“南湖”处理器、RX 550 独显
    • RuyiBook
    • Milk-V群星闪耀科技
  • 某国产量产GPGPU芯片正式亮相，基于该芯片的智能加速卡出货量已上万
  • 一家国产GPU芯片头部企业展示的自研智算加速卡中成功集成了“香山”（南湖）IP核
    • “香山”实现业界首个高性能开源芯片的产品级交付与规模化应用
  • 进迭时空正基于“香山”（昆明湖）自研X200核，进迭时空RISC-V服务器芯片平台使用了“香山”（昆明湖）核，已在FPGA平台上稳定地运行Linux操作系统及虚拟机
    • spacemit-x200-core
  • 芯动科技高性能全功能GPGPU芯片“风华3号"
    • 风华3号

• 阿里达摩院平头哥玄铁开源了E902、E906、C906、C9104四款量产处理器IP核，其中E系列为MCU级别的；

  • 玄铁处理器
  • 其它CPU核型号有C906-C930，E901-E907，R908-R910，大部分都是闭源的，提交次数都很少，都是四年前更新的；
  • XUANTIE-RV/opene902
  • XUANTIE-RV/opene906
  • XUANTIE-RV/openc906
  • XUANTIE-RV/openc910
  • XUANTIE-RV/wujian100_open
  • 无剑100芯片设计平台
  • 玄铁·CH2601芯片（SoC） 含有DMA、RTC、PWM、USB1.1、GPIO、I2S、WDT、ADC、Timer、SPI、I2C、UART，但外设并不开源

• 蜂鸟E203 SoC资料：

  • RISCV-MCU/e203_hbirdv2
  • SI-RISCV/e200_opensource
  • Nuclei-Software/e603_hbird
  • RVMCU RV-STAR
  • 芯来科技 官网上找不到E203的资料，E203只是他们开源用作教学的

• LiteX SoC资料

  • icesugar使用litex定制SOC系统（一）
  • Home
  • Admin/litex
  • 欢迎来到 LiteX Hub

• 香山CPU核源码：XiangShan/XiangShan

  • 当前稳定版本为v3.2.2-alpha
  • 里面没有C语言测试代码，rootfs、Linux在别的仓库，其中Linux仓库只存放在Github上，Gitee上没有

• 芯片运行平台：

  • XiangShan/ready-to-run 编译好的二进制程序
  • XiangShan/NEMU 模拟器
    • NJU-ProjectN/nemu 平行发展的南京大学的一个教学模拟器，作者是同一个人
    • NEMU 使用指南
    • 网上其它的资源很少

二、资料阅读

• 芯片用户手册：

  • 香山开源处理器用户手册
  • Kunminghu-V2R2-alpha3
  • xiangshan-user-guide-zh.pdf 对软件开发来说有用的内容不多，没有描述指令集，只描述了些基础的寄存器
  • xiangshan-user-guide-twoside-zh.pdf 只是双面打印版本，内容和前面一样

• 可执行文件介绍（工作负载，指运行在香山CPU上的程序）：

  • 工作负载概述
    • 适用于 NEMU、XS-GEM5 等模拟器环境；香山仿真环境仅支持纯二进制（Flat binary）格式的工作负载文件，香山仿真环境仅支持传递 1 个工作负载文件，香山仿真环境不支持 ELF 格式的可执行文件

• 依赖库（例如将C源码编译成可执行二进制文件时调用的C语言标准库）：

  • AM 是一个裸机运行时环境，用户可以使用 AM 来编译在香山裸机上运行的程序
  • 使用 AM 生成自定义 workload
  • XiangShan/nexus-am
  • 生成的可执行文件在emu模拟器运行

• 交叉编译工具链：

  • 交叉编译工具链说明
    • riscv64-linux-gnu- 用于Linux
    • riscv64-unknown-linux-gnu- 用于Linux
    • riscv64-unknown-elf- 用于嵌入式，裸机

• 指令集架构：

  • 香山的三代CPU名字分别为：第一代“雁栖湖”、第二代“南湖”、第三代“昆明湖”
  • 所有三代处理器均基于开源的RISC-V指令集
    • 第一代：RV64GC
    • 第二代：RV64GCBK + RVV
    • 第三代：RV64GC + RVV + 自定义扩展
    • 香山处理器
    • 欢迎访问香山官方文档！

• EMU模拟器与Linux移植

  • 工作负载概述
  • Linux Kernel for XiangShan in EMU
  • 另一个方法 构建一个可在香山或者 NEMU 上运行的使用 OpenSBI 的最简 Linux Kernel
  • 当前香山CPU的可执行文件还只能在NEMU模拟器上运行，而无法在QEMU模拟器上运行

• NEMU模拟器

  • NEMU 使用指南
    • 在源码的resource文件夹里阅读相关的文档
  • 使用 NEMU 生成 Simpoint Checkpoint
  • OracleBP分支预测器简介
  • XiangShan/NEMU 模拟器源码
    • NJU-ProjectN/nemu 平行发展的另一个南京大学的教学模拟器，作者是同一个人
    • 网上其它的资源很少

• RISC-V指令集文档

  • TODO：待搜索

三、NEMU模拟器运行实践

• 我使用的平台是VMware17.5.2虚拟机 + Ubuntu20.04系统
• 记住：以下所有export注册环境变量都是临时的！命令行终端关闭后就失效了，如果要永久生效，请手动添加到~/.bashrc中，并source ~/.bashrc

1. NEMU模拟器的安装与香山CPU裸机程序运行

• 参考：NEMU 使用指南
• 下载源码：git clone https://gitee.com/OpenXiangShan/NEMU.git
• 进入NEMU仓库所在位置，执行export NEMU_HOME=$(pwd)
• make riscv64-xs_defconfig
  • 期间会从GitHub下载子模块
  • 需要先安装SDL2：sudo apt install libsdl2-2.0-0 libsdl2-dev，如果有冲突则使用sudo aptitude install libsdl2-2.0-0 libsdl2-dev，第一步输入N，后续一路输入Y解决冲突
  • 需要先安装readline库：sudo apt install libreadline8 libreadline-dev
  • 需要先安装zstd 库：sudo apt install libzstd1 libzstd-dev
• make -j4

jim@virtual-pc:~/nemu$make-j4+ CC src/nemu-main.c.+ CXX src/memory/store_queue_wrapper.cpp + g++ /home/jim/nemu/build/riscv64-nemu-interpreter jim@virtual-pc:~/nemu$

• 用NEMU运行裸机程序的命令，注意运行后还要手动敲一下c才能真正执行~/nemu/build/riscv64-nemu-interpreter ~/nexus-am/apps/hello/build/hello-riscv64-xs.bin
  • 其中hello-riscv64-xs.bin程序已经上传到https://gitee.com/langcai1943/XiangShanSocSDK/tree/develop/bin/hello-riscv64-xs.bin

jim@virtual-pc:~/nexus-am/apps/hello$ ~/nemu/build/riscv64-nemu-interpreter ~/nexus-am/apps/hello/build/hello-riscv64-xs.bin[src/isa/riscv64/init.c:234,init_isa]NEMU will start from pc 0x80000000[src/device/io/port-io.c:35,add_pio_map_with_diff]Add port-io map'uartlite'at[0x00000000000003f8, 0x0000000000000404][src/device/io/port-io.c:35,add_pio_map_with_diff]Add port-io map'screen'at[0x0000000000000100, 0x0000000000000107][src/device/io/port-io.c:35,add_pio_map_with_diff]Add port-io map'keyboard'at[0x0000000000000060, 0x0000000000000063][src/device/sdcard.c:137,init_sdcard]Can notfindsdcard image:[src/monitor/image_loader.c:204,load_img]Loading image(checkpoint/bare metal app/bbl)from cmdline: /home/jim/nexus-am/apps/hello/build/hello-riscv64-xs.bin[src/monitor/image_loader.c:260,load_img]Read7048bytes fromfile/home/jim/nexus-am/apps/hello/build/hello-riscv64-xs.bin to 0x0x776dee614000[src/monitor/monitor.c:63,welcome]Debug: OFF[src/monitor/monitor.c:68,welcome]Build time: 01:01:30, Dec202025Welcome to riscv64-NEMU!For help,type"help"(nemu)c Hello Xiangshan!这是裸机程序输出的字符串！[/home/jim/nemu/src/isa/riscv64/include/../instr/special.h:38,execute]nemu_trapcase0[src/cpu/cpu-exec.c:938,cpu_exec]nemu: HIT GOOD TRAP at pc=0x0000000080000060[src/cpu/cpu-exec.c:944,cpu_exec]trapcode:0[src/cpu/cpu-exec.c:155,monitor_statistic]hosttimespent=7,328us[src/cpu/cpu-exec.c:157,monitor_statistic]total guest instructions=1,456[src/cpu/cpu-exec.c:158,monitor_statistic]vst count=0, vst unit count=0, vst unit optimized count=0[src/cpu/cpu-exec.c:161,monitor_statistic]simulation frequency=198,689instr/s(nemu)q[src/utils/state.c:30,is_exit_status_bad]NEMUexitwith good state:2,haltret:0jim@virtual-pc:~/nexus-am/apps/hello$

• 官方编译好的二进制程序（我未测试过）：XiangShan/ready-to-run

2. 交叉编译工具的获取

• 交叉编译工具链说明

  • riscv64-linux-gnu- 用于Linux
  • riscv64-unknown-linux-gnu- 用于Linux
  • riscv64-unknown-elf- 用于嵌入式，裸机
  • 三款处理器指令集默认均为 RV64GC
  • 香山处理器南湖架构支持 RV64GCBK 扩展

• 获取预编译好的夜间版本(预编译版本，不需要自行从源码编译)

  • riscv64-elf-ubuntu-20.04-gcc-nightly-2024.04.12-nightly.tar.gz
  • riscv64-glibc-ubuntu-20.04-gcc-nightly-2024.04.12-nightly.tar.gz

• 将下载到的 2 个 tar.gz 文件解压到 /opt，并把 /opt/riscv/bin 添加到 PATH 中。

  • sudo tar -xzf riscv64-elf-ubuntu-20.04-gcc-nightly-2024.04.12-nightly.tar.gz -C /opt
  • sudo tar -xzf riscv64-glibc-ubuntu-20.04-gcc-nightly-2024.04.12-nightly.tar.gz -C /opt
  • export PATH=/opt/riscv/bin:$PATH

• 完成后，通过以下命令检查安装是否成功：

  • riscv64-unknown-linux-gnu-gcc --version
  • riscv64-unknown-linux-gnu-g++ --version
  • riscv64-unknown-linux-gnu-gfortran --version
  • riscv64-unknown-linux-gnu-objdump --version
  • riscv64-unknown-linux-gnu-gdb --version
  • riscv64-unknown-elf-gcc --version
  • riscv64-unknown-elf-g++ --version
  • riscv64-unknown-elf-objdump --version
  • riscv64-unknown-elf-gdb --version

3. 使用AM运行时库编译裸机程序

• 基于 AM 构建自定义裸机工作负载

• 在~家目录获取AM源码：git clone https://gitee.com/OpenXiangShan/nexus-am.git

• export AM_HOME=~/nexus-am

• export CROSS_COMPILE=/opt/riscv/bin/riscv64-unknown-elf- 不知道为什么改了这一步后编译还是提示riscv64-linux-gnu-gcc找不到，因此用蠢办法强行解决：

  • cp /opt/riscv/bin/riscv64-unknown-elf-gcc /opt/riscv/bin/riscv64-linux-gnu-gcc 这是为了解决后面编译时报错，并且要用错误的编译器工具名称编出非Linux系统的裸机程序
  • cp /opt/riscv/bin/riscv64-unknown-elf-ld /opt/riscv/bin/riscv64-linux-gnu-ld
  • cp /opt/riscv/bin/riscv64-unknown-elf-objdump /opt/riscv/bin/riscv64-linux-gnu-objdump
  • cp /opt/riscv/bin/riscv64-unknown-elf-objcopy /opt/riscv/bin/riscv64-linux-gnu-objcopy

• cd ~/nexus-am/apps

• mkdir hello

• cd hello

• vim Makefile

  • 加入内容：

NAME = hello SRCS = $(shell find -L ./src/ -name "*.c") include $(AM_HOME)/Makefile.app

• mkdir src
• vim src/hello.c
  • 加入内容：

#include<klib.h>intmain(){printf("Hello Xiangshan!\n");printf("这是裸机程序输出的字符串！\n");return0;}

• make ARCH=riscv64-xs

jim@virtual-pc:~/nexus-am/apps/hello$makeARCH=riscv64-xs# Building hello [riscv64-xs] with AM_HOME {/home/jim/nexus-am}# Building lib-am [riscv64-xs]+ AS src/nemu/common/mainargs.S + AR ->build/am-riscv64-xs.a# Building lib-klib [riscv64-xs]# Creating binary image [riscv64-xs]+ LD ->build/hello-riscv64-xs.elf + OBJCOPY ->build/hello-riscv64-xs.bin jim@virtual-pc:~/nexus-am/apps/hello$

• 如果上面编译流程报错可以参考下面的流程：
  • ByeBeihai/nexus-am/README.md
• 用NEMU运行裸机程序的命令 ~/nemu/build/riscv64-nemu-interpreter ~/nexus-am/apps/hello/build/hello-riscv64-xs.bin

4. 编译Linux、rootfs、Bootloader并运行

4.1 使用Linux + rootfs + riscv-pk

• 使用riscv-pk Bootloader的方式官方已不再推荐
  • 我编译此种组合时未成功！
• 官方操作流程介绍：编译使用 RISCV-pk 的 Linux Kernel
• 下载仓库（如果网络太慢，或者干脆连不上，则把本小项看完）：
  • https://github.com/OpenXiangShan/riscv-pk noop 分支
    • git clone https://github.com/OpenXiangShan/riscv-pk.git -b noop
  • https://github.com/OpenXiangShan/riscv-linux nanshan 分支
    • git clone https://github.com/OpenXiangShan/riscv-linux -b nanshan
  • https://github.com/OpenXiangShan/riscv-rootfs master 分支
    • git clone https://github.com/OpenXiangShan/riscv-rootfs -b master
  • 从香山项目中克隆下来 riscv-pk, riscv-linux, riscv-rootfs，分别是启动加载程序 Bootloader, Linux kernel 和根文件系统 rootfs。请将三个仓库放到同一目录下。
  • XiangShan/riscv-rootfs Gitee仓库 master 分支
    • git clone https://gitee.com/OpenXiangShan/riscv-rootfs.git -b master
  • https://github.com/OpenXiangShan/riscv-pk noop 分支
    • git clone https://github.com/OpenXiangShan/riscv-pk.git -b noop
    • 注意，该仓库在Gitee码云官方上并没有上传，需要从Github上下载，速度奇慢，但仓库很小，能拉下来
      • 可以使用镜像网址如：git clone https://bgithub.xyz/OpenXiangShan/riscv-pk.git
      • 最方便的是注册个Gitee账号，点击页面右上角，选择从GitHub导入，填入仓库地址，等导入成功后再从Gitee上下载。我导入好的地址是：git clone https://gitee.com/langcai1943/riscv-pk.git -b noop
  • https://github.com/OpenXiangShan/riscv-linux nanshan 分支
    • 注意：因为Linux源码在Windows系统上会checkout失败（部分文件名无法在Windows系统上留存），因此只会pull成功，看到一个.git的隐藏文件夹；如果需要查看源码，则需要在Linux系统下clone；也可以先在Windows下clone或pull成功，然后打成压缩包，再拷贝到Linux下解压，然后再checkout
    • git clone https://github.com/OpenXiangShan/riscv-linux.git -b nanshan
    • 注意，该仓库在Gitee码云官方上并没有上传，需要从Github上下载，有4.3G，速度奇慢
      • 可以浅克隆，则大小只有175M，只是下载看源码和编译的话推荐这种方法：git clone --depth 1 --branch nanshan https://github.com/OpenXiangShan/riscv-linux.git
        • 我上传好的地址是：git clone https://gitee.com/langcai1943/riscv-linux.git nanshan
        • 浅克隆的仓库无法推送到Gitee，因为历史记录不完整导致Git无法解决版本冲突，除非删掉.git文件夹按全新仓库提交
      • 可以使用镜像网址如：git clone https://bgithub.xyz/OpenXiangShan/riscv-linux.git nanshan
      • 最方便的是注册一个Gitee账号，点击页面右上角，选择从GitHub导入，填入仓库地址，等导入成功后再从Gitee上下载，必须保证你的Gitee免费空间够用（新人免费5G），否则导入会失败，且没有报错提示；同步完成的时间需要很久，因为仓库很大有4.3G。
• 设置环境变量

exportPATH=/opt/riscv/bin:$PATHexportNEMU_HOME=~/NEMUexportNOOP_HOME=~/riscv-pkexportRISCV_ROOTFS_HOME=riscv-rootfsexportRISCV=/opt/riscv

• 构建 rootfs，当前无需操作，具体生成的步骤在后续进行
• 构建 Linux Kernel 的配置
  • cd ~/riscv-linux
  • make ARCH=riscv CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu- emu_defconfig
• 构建 BBL，链接 Kernel，编译Kernel
  • cd ~/riscv-pk
  • riscv-pk/dts 中的 platform.dtsi 已经软链接到对应的 noop.dtsi，无需操作
  • make -j4 编译文件系统，编译Kernel；我在这一步失败了，期间进行过的一些处理流程见下面：
    • 把Makefile文件中77、79、82、83、84行用#号屏蔽掉，因为担心会从Github拉取riscv-rootfs仓库（之前已经拉取过）

# mkdir -p $@@/bin/echo-e"\033[1;31mBy default, a shallow clone with only 1 commit history is performed, since the commit history is very large.\nThis is enough for building the project.\nTo fetch full history, run 'git fetch --unshallow' under$(LINUX_REPO_PATH).\033[0m"# git clone --depth 1 -b noop https://github.com/LvNA-system/riscv-linux.git $@#$(ROOTFS_PATH):# mkdir -p $@# git clone https://github.com/LvNA-system/riscv-rootfs.git $@

• 然后riscv-rootfs中也有很多需要make时动态拉取的git.kernel.org、github.com中的git仓库，因为经常断开，导致编译失败
  • 使用 grep -r “git clone” 来查找所有拉仓库的地址
  • 例如：git://git.kernel.org/pub/scm/utils/dtc/dtc.git、https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/will/kvmtool.git 等
  • 将 https://github.com 替换成 https://bgithub.xyz 镜像地址，如果Gitee上确认有相关镜像的话，也可以换成Gitee的地址
  • 将 git://git.kernel.org/pub/scm 替换为 https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git 清华源
    • 但是里面的 git://git.kernel.org/pub/scm/utils/dtc/dtc.git 要替换成Github的地址 https://bgithub.xyz/dgibson/dtc.git 清华源里没有
• 但是解决了仓库拉取问题后，编译还是报错，错误信息如下，所以最终问题还是没解决：

Error: Dependencyfile'/home/jim/riscv-rootfs/apps/dtc/build/dtc/usr/lib64/lp64d/libfdt.a'is missing. Please build it first. arch/riscv/kernel/vdso/flush_icache.S:25: Error: unrecognized opcode`fence.i', extension`zifencei' required arch/riscv/mm/fault.c:249: Error: unrecognized opcode `csrr a4,sptbr', extension `zicsr' required make: ***[Makefile:90：/home/jim/riscv-linux/vmlinux]错误2

4.2 使用Linux + rootfs + OpenSBI

• Bootloader使用类似于U-Boot功能的OpenSBI，之前香山CPU是使用RISV-pk，已经废弃不用了

• 先阅读操作流程：编译使用 OpenSBI 的 Linux Kernel

  • 此教程太简略，对新手不友好，缺少很多常识性的步骤（而我并不知道这些常识），所以没有生成成功

• 在~家目录下

• git clone https://github.com/riscv-software-src/opensbi.git 5.99M

• wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v6.x/linux-6.10.3.tar.xz 速度慢

• git clone https://github.com/OpenXiangShan/riscv-rootfs -b checkpoint

  • 要切换到checkpoint分支

• git clone https://github.com/OpenXiangShan/nemu_board.git 一些设备树和板子的配置

  • https://gitee.com/OpenXiangShan/NEMU.git 还要用到这个NEMU模拟器

• 解压 Linux kernel 代码：tar -xf linux-6.10.3.tar.xz

• 设置环境变量，包括交叉编译工具链

exportRISCV_LINUX_HOME=~/linux-6.10.3exportRISCV_ROOTFS_HOME=~/riscv-rootfsexportWORKLOAD_BUILD_ENV_HOME=~/nemu_boardexportOPENSBI_HOME=~/opensbiexportRISCV=/opt/riscvexportARCH=riscvexportCROSS_COMPILE=$RISCV/bin/riscv64-unknown-linux-gnu-

• 构建文件系统：

  • cd ~/riscv-rootfs/
  • 这里面的 make只是用来 构建可能被打包的应用
  • 准备好想要运行的 initramfs 文件（里面可以放想要跑的二进制可执行程序）
    • TODO：我不知道后续正确的流程该是什么
    • 使用 update-initramfs 工具自动生成 initramfs：
      • sudo update-initramfs -c -k $(uname -r)
      • lsinitramfs /boot/initrd.img-$(uname -r) | head -20
      • 将 initramfs 嵌入内核
        • 方法1：在 .config 中指定 CONFIG_INITRAMFS_SOURCE=“/path/to/initramfs/directory”

• 构建设备树：

  • cd ~/nemu_board/dts
  • 运行脚本 ./build_single_core_for_nemu.sh，该脚本会在 build 目录下生成 xiangshan.dtb（我执行该操作时报错失败）

• 构建 Linux Kernel

  • cd ~/linux-6.10.3
  • cp $WORKLOAD_BUILD_ENV_HOME/configs/xiangshan_defconfig $RISCV_LINUX_HOME/arch/riscv/configs/xiangshan_defconfig
  • make xiangshan_defconfig
  • make -j4
    • 因缺少前置rootfs的操作，此步骤未能正确完成

4.3 参照FPGA中运行香山CPU的一些流程

• 查看文档：导入docker镜像
  • 在需要部署的服务器上安装docker应用
  • 阿里云盘：https://www.aliyundrive.com/s/1abKfjYKWJ6
  • Docker镜像MD5SUM：3ebafca4bfaa53c93abaf6ab3a3a8626

dockerload--input<服务器镜像路径(蓝字部分)>dockerimages# 执行后可以看到image_id,大小为4.53GBpwd#执行后得到<宿主机上文件夹的绝对路径>dockerrun-it-v<宿主机上文件夹的绝对路径>:</home/your_name(尽量填名字方便找)>image_id /bin/bash

• 进入容器

addgroup--gid5your_name adduser--uid4--gid5your_namesuyour_name#切换到用户, 至此环境部署完毕

• 里面有riscv-linux

gitclone git@github.com:openxiangshan/riscv-linux.git-blinux-5.10.167gitclone git@github.com:openxiangshan/riscv-pk.git-bnanhu-mini-sysgitclone git@github.com:openxiangshan/riscv-rootfs.git-bnanhu-nfsmkdirbuildcdriscv-linuxmakenanhu_fpga_defconfigcd../makesw-j200#完成后buid目录下有linux.bin

• git clone git@github.com:OpenXiangShan/ns-bbl.git -b nanhu-dualcore-fpga
• 设备树文件：/ns-bbl/riscv-pk/dts/system.dts文件

4.4 参考香山CPU前身果壳CPU的资料

• NutShell（果壳）

四、底层程序编写

• XiangShan 地址映射表（CFG AXI）

#ifndef_XS_MEMMAP_H_#define_XS_MEMMAP_H_#defineQSPI_FLASH_BASE0x10000000#defineDMA_BASE0x30040000#defineSDMMC_BASE0x30050000#defineUSB_BASE0x30060000#defineQSPI_BASE0x31000000#defineGMAC_BASE0x31010000#defineHDMI_BASE0x31020000#defineHDMI_PHY_BASE0x31030000#defineDP_BASE0x31040000#defineDDR0_BASE0x31060000#defineDDR0_PHY_BASE0x31070000#defineI2S_BASE0x310A0000#defineUART0_BASE0x310B0000#defineUART1_BASE0x310C0000#defineUART2_BASE0x310D0000#defineI2C0_BASE0x310E0000#defineI2C1_BASE0x310F0000#defineI2C2_BASE0x31100000#defineI2C_BASEI2C0_BASE#defineGPIO_BASE0x31110000#defineCRU_BASE0x31120000#defineWDT_BASE0x31130000#defineUSB2_PHY0_BASE0x31140000#defineUSB2_PHY1_BASE0x31150000#defineUSB3_PHY0_BASE0x31180000#defineUSB3_PHY1_BASE0x31190000#defineSOC_REG_BASE0x31200000#definePCIE0_CFG_BASE0x311C0000#definePCIE1_CFG_BASE0x311D0000#defineSYSCFG_BASE0x31200000#definePMA_CFG0_BASE0x38021000#definePMA_CFG2_BASE0x38021010#definePMA_ADDR_BASE(x)(0x38021100+8*x)#defineCPU_CFG_BASE0x3a000000#definePCIE0_BASE0x40000000#definePCIE1_BASE0x60000000#defineDDR_BASE0x80000000#defineUART_BASEUART0_BASE#defineSYNC_ADDRQSPI_FLASH_BASE+0x07000000#endif//_XS_MEMMAP_H_

• 香山CPU核心的对外接口，主要包括 MEM AXI、DMA AXI 及 CFG AXI 三部分。分别用于对接 DDR 控制器、DMA 数据通路及 IO 操作。
• 果壳CPU开源外设的参考信息：外设
• 使用 NEMU 生成 Simpoint Checkpoint

五、NEMU模拟器的学习

• NJU PA2019 | 手摸手带你写一个虚拟机
• 【一生一芯01】预学习-PA1总结
• NEMU源码中的文档
• NEMU模拟器没有官网；因为是南京大学计算机系统基础课程的配套模拟器，所有有课程资料：
• 计算机系统基础 PA 实验指导 (MOOC版)
• MOOC课程《计算机系统基础（五）：x86模拟器编程实践》的代码仓库
• 上面对运行NEMU帮助不大，只是理解一些计算机的基础知识；

六、如意操作系统

• 如意不是一个专用于香山CPU的操作系统，他其实类似于GNU，但比GNU更广。

  • 各种Linux发行版操作系统如Ubuntu、红帽、Debian、Fedora、Deepin 、银河麒麟、统信UOS，其实是GNU/Linux系统。
  • 虽然搜索结果中经常如意和香山一起出现，但如意不是一个专属于香山的操作系统。
  • 如意有各种中间件，如驱动、数学库、编译器、仿真器、IDE开发环境、虚拟化、开发工具等。
  • 如意的中间件也用于其他系统如鸿蒙、欧拉、Deepin、麒麟等。
  • 如意的操作系统分为桌面版与服务器版。
  • 如意平台还有各种应用软件如音乐软件，如办公软件、音视频播放、安全软件、浏览器、输入法等。

• 如意桌面系统介绍：

  • 如意（RUYI） 操作系统
  • 如意（RUYI） 操作系统由中国科学院软件研究所自主研发，​ 基于OpenHarmony 原生系统能力，自研实现账户系统云边协同、全局文件统一、应用框架扩展能力，针对系统桌面和UI进行重构，使其更加符合 PC/PAD 使用习惯。
  • RUYI OS（OpenHarmony）在技术架构上整体遵从原生OpenHarmony操作系统的分层设计，从下向上依次为：硬件设备层、内核层、系统服务与框架层、应用层。面向PC/PAD的使用习惯与场景需求，RUYI OS（OpenHarmony）主要在系统服务与框架层和应用层进行了大量的能力开发与重构优化工作。
  • Linux5.10/6.6内核。
  • 优势：支持PC/平板、支持ARM/RISC-V CPU。
  • 分为PC发行版与社区版。
  • 有操作系统镜像和文档支持下载。
  • 提供了开发板、嵌入式设备、CPU IP核、SoC核，包括车载MCU、物联网SoC、智算SoC、SG2002(RISC-V 玄铁C906+ARM Cortex-A53)、进迭时空K1/M1 RISC-V AI CPU。
  • 官网上的内容主要都是如何安装与如何使用，没有程序源码和程序架构相关的部分。
  • 当前Gitee、Gitcode上没有开源仓库（仅有空账号），Github中有Linux的源码：https://bdnb.cn/repo/openRuyi-Project/linux （仓库大小6G）、https://bdnb.cn/repo/openRuyi-Project/u-boot （仓库大小200M）。
  • 当前如意的官网上有对闭源CPU、闭源SoC，也有对开源CPU IP如玄铁的适配，但还没有介绍与香山CPU的适配。
  • github.com/ruyisdk 是硬件相关的
  • https://github.com/ruyisdk/support-matrix 这里面有当前支持的硬件列表，支持的硬件很多，但是当前还没有包含香山CPU。

• OpenRuyi开源系统是能支持香山CPU的操作系统，对人工智能支持友好（当前还未完善）。

  • “如意”启新！打造RISC-V原生软件生态核心枢纽，点亮开源算力未来 （已失效）
  • 如意社区
  • openRuyi 文档中心

• 当前如意系统的文档和源码发布在Github，Gitcode和Gitee上还没有；

  • 标准服务器平台固件接口规范
  • 打包 & 修包快速入门
  • 如何在容器内使用 openRuyi
  • 如何安装 openRuyi 工作站版
  • 如何使用 openRuyi Zero
  • 开放如意零
    • 一个最小的openRuyi initramfs
    • openRuyi Zero 版本旨在促进 SoC 的启动和内核开发，尤其是在硅芯片出现前阶段。考虑到基于FPGA的CPU和SoC仿真的限制

• 如意的一些仓库

  • openRuyi-项目-Github
  • RVCK-Project/rvck Public 从Linux拷贝而来的源码，比较大
  • 一个最小的openRuyi initramfs 可以用QEMU来启动

七、进迭时空芯片与开发板

• 进迭时空使用香山CPU核的芯片是X200
  • 面向云计算领域：进迭时空第三代高性能 RISC-V 处理器核 X200 研发完成，性能大幅跃升
• 硬件平台（进迭时空等）：
  • 进迭时空、蓝芯算力、芯动科技基于香山CPU做了SoC，但是这些SoC是闭源的。
  • 进迭时空官网 https://www.spacemit.com/ 开源指令集+开源 OS加速 RISC-V 开发者生态发展，产品有芯片、IP核、SDK，应用于机器人、AI、工业
  • 进迭时空K3芯片外设介绍：https://www.spacemit.com/community/document/info?lang=zh&nodepath=hardware/key_stone/k3/k3_docs/k3_ds.md
  • https://github.com/ruyisdk/support-matrix 这里面有如意当前支持的硬件列表，有进迭时空X60（Key Stone K1芯片）