riscv-software-src/riscv-isa-simSimulador funcional de ISA RISC-V com suporte a múltiplas extensões (RV32/64, V, criptografia) com modo de depuração interativo, integração com GDB e modelagem em nível de instrução para codesenvolvimento hardware-software e exploração de arquitetura.
Spike, o Simulador de ISA RISC-V, implementa um modelo funcional de um ou mais harts RISC-V. Ele é nomeado em referência ao "golden spike" usado para celebrar a conclusão da ferrovia transcontinental dos EUA.
O Spike suporta os seguintes recursos da ISA RISC-V:
Projetos são versionados principalmente para indicar quando a API foi estendida ou tornada incompatível. Nesse espírito, o Spike visa seguir o esquema de versionamento SemVer, no qual os números de versão principal são incrementados quando alterações incompatíveis com versões anteriores na API são feitas; os números de versão secundária são incrementados quando novas APIs são adicionadas; e os números de versão de patch são incrementados quando bugs são corrigidos de maneira compatível com versões anteriores.
A principal API pública do Spike é a ISA RISC-V. A interface C++ para os internos do Spike não é considerada uma API pública neste momento, e alterações incompatíveis com versões anteriores nesta interface serão feitas sem incrementar o número de versão principal.
Presumimos que a variável de ambiente RISCV está definida para o caminho de instalação das ferramentas RISC-V.
$ apt-get install device-tree-compiler libboost-regex-dev libboost-system-dev
$ mkdir build
$ cd build
$ ../configure --prefix=$RISCV
$ make
$ [sudo] make install
Se seu sistema usa o gerenciador de pacotes yum, você pode substituir
yum install dtc pelo primeiro passo.
Instale bash, gmake, dtc e use clang.
$ pkg_add bash gmake dtc
$ exec bash
$ export CC=cc; export CXX=c++
$ mkdir build
$ cd build
$ ../configure --prefix=$RISCV
$ gmake
$ [doas] make install
Instale spike (veja Passos de Compilação), riscv-gnu-toolchain e riscv-pk.
Escreva um pequeno programa C e nomeie-o hello.c. Em seguida, compile-o em um binário ELF RISC-V chamado hello:
$ riscv64-unknown-elf-gcc -o hello hello.c
Agora você pode simular o programa sobre o kernel proxy:
$ spike pk hello
Adicionar uma instrução ao simulador requer dois passos:
Descreva o comportamento funcional da instrução no arquivo riscv/insns/<new_instruction_name>.h. Examine outras instruções nesse diretório como ponto de partida.
Adicione o opcode e a máscara de opcode a riscv/opcodes.h. Alternativamente, adicione ao pacote riscv-opcodes, e ele fará isso por você:
$ cd ../riscv-opcodes
$ vi opcodes // add a line for the new instruction
$ make install
Adicione a instrução a riscv/riscv.mk.in. Caso contrário, a instrução não será incluída na compilação e será tratada como uma instrução ilegal.
Recompile o simulador.
Para invocar o modo de depuração interativa, execute spike com -d:
$ spike -d pk hello
Para ver o conteúdo de um registrador inteiro (0 é para o core 0):
: reg 0 a0
Para ver o conteúdo de um registrador de ponto flutuante:
: fregs 0 ft0
ou:
: fregd 0 ft0
dependendo se deseja imprimir o registrador como precisão simples ou dupla.
Para ver o conteúdo de uma localização de memória (endereço físico em hex):
: mem 2020
Para ver o conteúdo da memória com um endereço virtual (0 para core 0):
: mem 0 2020
Você pode avançar uma instrução pressionando a tecla Enter. Você também pode executar até que uma igualdade desejada seja alcançada:
: until pc 0 2020 (pare quando pc=2020)
: until reg 0 mie a (pare quando o registrador mie=0xa)
: until mem 2020 50a9907311096993 (pare quando mem[2020]=50a9907311096993)
Alternativamente, você pode executar enquanto uma igualdade for verdadeira:
: while mem 2020 50a9907311096993
Você pode continuar a execução indefinidamente com:
: r
Em qualquer ponto durante a execução (mesmo sem -d), você pode entrar no
modo de depuração interativa com <control>-<c>.
Para encerrar a simulação do prompt de depuração, pressione <control>-<c> ou:
: q
Uma alternativa ao modo de depuração interativa é anexar usando gdb. Como o spike tenta se comportar como hardware real, você também precisa do OpenOCD para fazer isso. Usaremos o seguinte programa de teste:
$ cat rot13.c
#include <stdio.h>
char text[] = "Vafgehpgvba frgf jnag gb or serr!";
// Don't use the stack, because sp isn't set up.
volatile int wait = 1;
int main()
{
int i = 0;
while (text[i]) {
char lower = text[i] | 32;
if (lower >= 'a' && lower <= 'm')
text[i] += 13;
else if (lower > 'm' && lower <= 'z')
text[i] -= 13;
i++;
}
done:
printf("decoded text: %s\n", text);
}
$ riscv64-unknown-elf-gcc -g -Og --specs=semihost.specs -o rot13 rot13.c
Para depurar este programa, primeiro execute spike dizendo a ele para ouvir o OpenOCD:
$ spike --rbb-port=9824 -m0x10000:0x20000 rot13
Listening for remote bitbang connection on port 9824.
...
Em um shell separado, execute OpenOCD com o arquivo de configuração apropriado:
$ cat spike.cfg
adapter driver remote_bitbang
remote_bitbang host localhost
remote_bitbang port 9824
set _CHIPNAME riscv
jtag newtap $_CHIPNAME cpu -irlen 5 -expected-id 0xdeadbeef
set _TARGETNAME $_CHIPNAME.cpu
target create $_TARGETNAME riscv -chain-position $_TARGETNAME
gdb report_data_abort enable
init
arm semihosting enable
halt
$ openocd -f spike.cfg
Open On-Chip Debugger 0.12.0
...
Info : starting gdb server for riscv.cpu on 3333
Info : Listening on port 3333 for gdb connections
riscv.cpu halted due to debug-request. Semihosting is active.
...
riscv.cpu: target state: halted
Em ainda outro shell, inicie sua sessão de depuração gdb:
$ riscv64-unknown-elf-gdb rot13
...
Reading symbols from rot13...
(gdb) target extended-remote localhost:3333
...
(gdb) load
...
(gdb) set $sp=0x2fff0
(gdb) b main
Breakpoint 1 at 0x10202: file rot13.c, line 5.
(gdb) c
Continuing.
Disabling abstract command writes to CSRs.
Breakpoint 1, main () at rot13.c:5
5 {
(gdb) print text
$1 = "Vafgehpgvba frgf jnag gb or serr!"
(gdb) until done
[riscv.cpu] Found 4 triggers
main () at rot13.c:16
16 printf("decoded text: %s\n", text);
(gdb) c
Continuing.
Program received signal SIGTRAP, Trace/breakpoint trap.
0x00019ff8 in _exit ()
(gdb)
...
No terminal do OpenOCD você terá:
...
decoded text: Instruction sets want to be free!
semihosting: *** application exited with 0 ***
riscv.cpu halted due to breakpoint. Semihosting is active.