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riscv-testsでのハマりポイント(個人的に)

Sat, 28 Jun 2025 09:20:36 +0900

はじめに

riscv-testsの個人的ハマりポイントの備忘録です。riscv-testsを初めて触った時の自分や将来完全に仕様を忘れてるであろう自分向けの記事です。参考になれば幸いです。もっといい方法や誤りがあれば教えてください。

テスト終了の判定

riscv-testsではテストが終了すると.tohostセクションに1が書き込まれます。readelf -Sで確認しましょう。以下が.tohostセクションのアドレスを表示させたものになります。このアドレスは物理アドレスです。0x80001000番地に.tohostセクションが多いですね。

> ls tests/isa/elves/*  | grep -v -e \.dump$  -e Makefile | xargs -IFILE readelf -S FILE | grep tohost | awk '{print "0x" $5}' | sort | uniq -c
    350 0x0000000080001000
      3 0x0000000080002000
      1 0x0000000080003000
    268 0x80001000
      1 0x80002000

フラットバイナリ

riscv-testsをビルドするとelfファイルとして出力されるのですがelfローダを実装するのが面倒(怠惰)でとりあえず以下のようにelfファイルをフラットバイナリに変換し、テストを実行していました。

`1`	`riscv64-unknown-elf-objcopy -O binary file file.bin`

ですが仮想メモリシステムを実装する際にテストが通らなかったのファイルの中身をみたところLOADセクションの配置すべき物理アドレスがちゃんとずれていました。

> readelf -l   tests/isa/elves/rv64ui-v-add                                                                                                                                                   

Elf ファイルタイプは EXEC (実行可能ファイル) です
Entry point 0x80000000
There are 4 program headers, starting at offset 64

プログラムヘッダ:
  タイプ        オフセット          仮想Addr           物理Addr
            ファイルサイズ        メモリサイズ         フラグ 整列
  RISCV_ATTRIBUT 0x00000000000041c4 0x0000000000000000 0x0000000000000000
                 0x0000000000000065 0x0000000000000000  R      0x1
  LOAD           0x0000000000001000 0x0000000080000000 0x0000000080000000
                 0x0000000000000200 0x0000000000000200  R E    0x1000
  LOAD           0x0000000000002000 0x0000000080001000 0x0000000080001000
                 0x00000000000021c4 0x0000000000008010  RWE    0x1000
  GNU_STACK      0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
                 0x0000000000000000 0x0000000000000000  RW     0x10

 セグメントマッピングへのセクション:
  セグメントセクション...
   00     .riscv.attributes
   01     .text.init
   02     .tohost .text .rodata.str1.8 .bss .sbss
   03

LOADセクションを正しい位置に配置するだけの簡易的なELFローダを作成しテストを実行したところテストを通すことができました。やはり怠惰はいけないです。~~そもそもフラットバイナリに変換するシェルスクリプト書くよりELFローダ書いた方が早かったのでは~~

0x80000000

フラットバイナリを0x0番地に配置し、pcを0にセットして実行していく形式にしていましたがこれも仮想メモリシステムを実装する際にテストが通らなくなりました。0x80000000番地に配置する想定にしましょう。リンカスクリプトを変更すれば別のところに配置することはできるようになると思います。(未検証)

できるだけ小さいRISC-VのLinuxのビルド

Mon, 07 Apr 2025 21:09:27 +0900

はじめに

RISC-Vのシミュレータを作っているのですが、そのうえで小さいLinuxを動かしたくなったのでLinuxカーネル(以下カーネル)をビルドしてみました。今回ビルドするカーネルはRV64Iと、できるだけ拡張機能を削ったもの(rv64imafdc_zicsr_zifencei)です。カーネルだけだと寂しいのでBusyBoxを入れただけのinitramfsも作ります。カーネルビルド初心者なので間違ってるところやもっと小さくできるTipsがあれば教えてください。

環境構築

私のメインの環境はx86_64のArchLinuxです。ほぼDockerで作業しますが一応書いときます。$はホストOSで>はDockerの中という意味です。

Dockerfileの作成

上手く動かなかったのでriscv-gnu-toolchainにスクリプトを当てています。-jはCPUに合わせて変更してください。riscv-gnu-toolchain本体や依存関係をインストールする設定です。

FROM ubuntu:latest
RUN apt-get update &&\
    apt-get install -y autoconf automake autotools-dev curl python3 python3-pip python3-tomli libmpc-dev libmpfr-dev libgmp-dev gawk build-essential bison flex texinfo gperf libtool patchutils bc zlib1g-dev libexpat-dev ninja-bu      ild git cmake libglib2.0-dev libslirp-dev libncurses-dev vim &&\
     apt-get clean &&\
    rm -rf /var/lib/apt/lists/* &&\
    git clone https://github.com/riscv/riscv-gnu-toolchain
WORKDIR riscv-gnu-toolchain
RUN  git switch -d 2025.01.20 &&\
     sed -i '/shallow = true/d' .gitmodules &&\
     sed -i 's/--depth 1//g' Makefile.in &&\
    ./configure --enable-linux &&\
    make -j6

ツールチェイン等のビルド

結構時間かかりました。多分ネットワーク的な問題なのでビルド自体は体感だとそんなかかってなかった気がします。

`1`	`$ sudo docker build . -t riscv-env`

ダウンロード&展開

gitのサーバからもってくるとめちゃくちゃ遅かったので直接ダウンロードしています。チェックサムを確かめたい方は公式ページから確かめてみてください。

$ mkdir tiny-riscv-linux
$ sudo docker run -ti  -v .:/tiny-riscv-linux -ti riscv-env:latest
> curl -O https://git.kernel.org/torvalds/t/linux-6.14-rc1.tar.gz
> tar xvf linux-6.14
> curl -O https://busybox.net/downloads/busybox-1.37.0.tar.bz2
> tar xvf busybox-1.37.0.tar.bz2

カーネルのビルド

Linuxのconfigの調整

tinyconfigを作ってそれをTUIで設定する感じです。

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> cd linux-6.14
> CORSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu- make ARCH=riscv tinyconfig
> CORSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu- make ARCH=riscv menuconfig

以下を設定します。依存関係があるのでこの順序で行ってください。/を押すと検索できたり、光っている文字を押すとその文字の項目に飛ぶことができます。

General setup  --> Initial RAM filesystem and RAM disk (initramfs/initrd) support y
               --> Configure standard kernel features (expert users) ---> Enable support for printk y
Platform type  --> Allow configurations that result in non-portable kenels y
               --> FPU support y
Boot options   --> UEFI runtime support n
Device Drivers --> Character devices --> Enable TTY y
                                     --> Serial drivers    --> 8250/16550 and compatiable serial support y
                                                           --> Console on 8250/16550 and compatiable serial port y
                                                           --> Extended 8250/16550 serial driver options y
                                                           --> Support more than 4 legancy serial ports y
                                                           --> Devicetree based probing for 8250 ports y
                                                           --> Early console using RISC-V SBI y
                                    --> RISC-V SBI console support y
Executable file formats --> Kernel support for ELF binaries y
                        --> Kernel support for scripts starting with #! y

ビルド

defconfigのときと比べて信じられないくらい早いです。~~待ち時間にYoutubeはみれないです。~~ ちなみに今回はBuxyBoxがF拡張とD拡張を使用するので指定していませんがFPU supportをnにし、CFLAGS="-march=rv64imac_zicsr_zifencei -mabi=lp64"と指定することでF拡張とD拡張を使用しないカーネルをビルドすることもできます。

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> CORSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu- make ARCH=riscv -j12
> cd ..

BusyBoxのビルドとinitramfsの作成

カーネル単体でもいいのですが寂しいのでinitramfsを作ります。

BusyBoxの設定&ビルド

こちらはdefconfigを使用します。いつかはBusyBoxの方の設定もちゃんとやってみたいです。

> cd busybox-1.37.0
> CROSS_COMPILE=$CCPREFIX make ARCH=riscv defconfig
> vim .config

CONFIG_STATIC=y

> CROSS_COMPILE=$CCPREFIX make ARCH=riscv -j12

initramfsの作成

find ..のコマンドは参考のBuilding a tiny Linux from scratchからほぼお借りしました。

$ mkdir initramfs
$ cd initramfs
$ mkdir {bin,sbin}
$ cp busybox-1.37.0/busybox bin
$ ln -sf busybox bin/sh
$ nvim sbin/init

#! /bin/busybox sh
busybox --install -s

exec /bin/sh

$ find . -print0 | cpio --null --create --verbose --format=newc | bzip2 -c > ../initrd

QEMUで実行

シェルが出てきたら成功です！！

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$ yay -Syu extra/qemu-system-riscv 
$ qemu-system-riscv64 -kernel linux-6.14/arch/riscv/boot/Image -machine virt -initrd initrd -append "init=/sbin/init earlycon=sbi console=ttyS0" -nographic

ちなみに上のコマンドではqemu側でcpuの色々な拡張機能が有効になっている状態で実行されるので以下のように-cpuを設定することによって使用したい拡張機能を指定することができます。※以下の例では、カーネルのビルドのCFLAGSを設定した状態でビルドしたカーネルを用いています。またF拡張とD拡張は無効になっているのでBusyBoxを実行するときに例外が発生します。

$ qemu-system-riscv64 -cpu rv64i,m=true,a=true,c=true,zicsr=true,zifencei=true,u=true,s=true,mmu=on,pmp=on,sv57=true -kernel linux-6.14/arch/riscv/boot/Image -machine virt -initrd initrd -append "init=/sbin/init earlycon=sbi console=ttyS0" -nographic

おわりに

初めてLinuxのビルドオプションを色々いじったのでめちゃくちゃハマりましたが楽しすぎました。 ~~このせいでネスペ勉強できなかった。~~ いつかは自分だけのinitを書いてディストリ作ってみたいです。次回は自宅サーバ系かOpenSBIで遊んでみた的な記事を書くかもしれないです。