RISC-V GCC工具链的介绍

对于riscv-none-embed版本的工具链而言，为了方便用户直接使用预编译好的工具链，Eclipse开源社区会定期更新发布最新版本的预编译好的RISC-V嵌入式GCC工具链，包括Windows版本和Linux版本。请在谷歌中搜索“releases gnu-mcu-eclipse/riscv-none-gcc”进入网页下载Windows版本或者Linux版本，如图1中所示。对于Linux和Windows版本均只需在相应的操作系统中解压即可使用。

图1 riscv-none-embed工具链下载链接

由于RISC-V的指令集是模块化的指令集，因此在为目标RISC-V平台进行交叉编译之时，需要通过选项指定目标RISC-V平台所支持的模块化指令集组合，该选项为（-march=），有效的选项值如下：

• rv32i[m][a][f[d]][c]
• rv32g[c]
• rv64i[m][a][f[d]][c]
• rv64g[c]
  

注意：在上述选项中rv32表示目标平台是32位架构，rv64表示目标平台是64位架构，其他i/m/a/f/d/c/g分别代表了RISC-V模块化指令子集的字母简称。请参见RISC-V中文书籍《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》中附录A.1节中关于RISC-V架构指令集的详细中文介绍。

本节后文会介绍（-march=）选项使用的具体实例。

由于RISC-V的指令集是模块化的指令集，因此在为目标RISC-V平台进行交叉编译之时，需要通过选项指定嵌入式RISC-V目标平台所支持的ABI函数调用规则（有关ABI函数调用规则的相关信息请参见RISC-V中文书籍《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》中附录A的图A-1）。RISC-V定义了两种整数的ABI调用规则和三种浮点ABI调用规则，通过选项（-abi=）指明，有效的选项值如下：

• ilp32
• ilp32f
• ilp32d
• lp64
• lp64f
• lp64d
  

注意：

• 在上述选项中两种前缀（ilp32和lp64）表示的含义如下：
• 前缀ilp32表示目标平台是32位架构，在此架构下，C语言的“int”和“long”变量长度为32比特，“long long”变量为64位；
• 前缀lp64表示目标平台是64位架构，C语言的“int”变量长度为32比特，而“long”变量长度为64比特。
• RISC-V的32位和64位架构下更多的数据类型宽度如图2中所示。
  

图2 RISC-V的32位和64位架构下的数据类型宽度

• 上述选项中的三种后缀类型（无后缀、后缀f、后缀d）表示的含义如下：
  • 无后缀：在此架构下，如果使用了浮点类型的操作，直接使用RISC-V浮点指令进行支持。但是当浮点数作为函数参数进行传递之时，无论单精度浮点数还是双精度浮点数均需要通过存储器中的堆栈进行传递。
  • f：表示目标平台支持硬件单精度浮点指令。在此架构下，如果使用了浮点类型的操作，直接使用RISC-V浮点指令进行支持。但是当浮点数作为函数参数进行传递之时，单精度浮点数可以直接通过寄存器传递，而双精度浮点数需要通过存储器中的堆栈进行传递。
  • d：表示目标平台支持硬件双精度浮点指令。在此架构下，如果使用了浮点类型的操作，直接使用RISC-V浮点指令进行支持。当浮点数作为函数参数进行传递之时，无论单精度还是双精度浮点数都可以直接通过寄存器传递。
    
  
  

为了便于读者更加形象地理解（-march=）和（-mabi=）选项的具体含义，下面以一个实例加以介绍。

假设有一段C语言函数代码，如下所示：

虽然（–march=）和（–mabi=）选项理论上可以组成很多种不同的组合，但是目前并不是所有的（–march=）和（–mabi=）选项组合都是合法，目前的riscv-none-embed工具所支持的组合如下：

• march=rv32i/mabi=ilp32
• march=rv32ic/mabi=ilp32
• march=rv32im/mabi=ilp32
• march=rv32imc/mabi=ilp32
• march=rv32iac/mabi=ilp32
• march=rv32imac/mabi=ilp32
• march=rv32imaf/mabi=ilp32f
• march=rv32imafc/mabi=ilp32f
• march=rv32imafdc/mabi=ilp32f
• march=rv32gc/mabi=ilp32f
• march=rv64imac/mabi=lp64
• march=rv64imafdc/mabi=lp64d
• march=rv64gc/mabi=lp64d
  

目前RISC-V GCC工具链认为，在实际的情形中，一个程序的大小一般不会超过4GB的大小，因此在程序内部的寻址空间不能超过4GB的空间。而在64位的架构中，地址空间的大小远远的大于4GB的空间，因此针对RV64架构而言，RISC-V GCC工具链定义了（–mcmodel=）选项用于指定寻址范围的模式，使得编译器在编译阶段能够按照相应的策略编译生成代码。其有效的选项值如下：

• -mcmodel=medlow
• -mcmodel=medany
  

注意：

• 在RV32架构中，整个地址空间的大小就是4GB，因此（–mcmodel=）选项的任何值对于编译的结果都无影响。
• RISC-V GCC工具链在未来可能也会支持大于4GB的寻址空间。
  

medlow和medany两个选项的含义分别解释如下。

• （-mcmodel=medlow）选项
  

（-mcmodel==medlow）选项用于指示该程序的寻址范围固定只能在-2GB至+2GB的空间内。注意：地址区间没有负数可言，-2GB是指整个64位地址空间最高2GB地址区间。
由于此模式的寻址空间是固定的-2GB至+2GB的空间内，因此编译器能够相对生成比较高效的代码，但是由于寻址空间固定，对于整个64位的大多数地址空间都无法访问到，用户需小心使用。

• （-mcmodel=medany）选项
  

（-mcmodel==medlow）选项用于指示该程序的寻址范围可以在任意的一个4G空间内。由于此模式的寻址空间不是固定的，所以相对比较灵活。

本章仅介绍了RISC-V GCC工具链几个特别的选项，有关RISC-V GCC工具链的完整选项列表和解释，感兴趣的读者可以在谷歌输入“gcc/RISC-V-Options”关键字进行搜索进入相关网页查询，如图3中所示。

图3 RISC-V GCC工具链的完整选项列表和解释

RISC-V GCC会根据编译生成若干预定义的宏，在Linux操作环境中可以使用如下方法查看和RISC-V相关的宏：

//首先创建一个空文件

touch empty.h

//使用RISC-V GCC的-E选项对empty.h进行预处理，有关“预处理”的背景知识请参见本号**《编译过程简介》

//通过grep命令对于处理后的文件搜索riscv的关键字

//如果使用-march=rv32imac -mabi=ilp32选项可以看出生成如下预定义宏

riscv-none-embed-gcc -march=rv32imac -mabi=ilp32 -E -dM empty.h | grep riscv

#define __riscv 1

#define __riscv_atomic 1

#define __riscv_cmodel_medlow 1

#define __riscv_float_abi_soft 1

#define __riscv_compressed 1

#define __riscv_mul 1

#define __riscv_muldiv 1

#define __riscv_xlen 32

#define __riscv_div 1

//如果使用-march=rv32imafdc -mabi=ilp32f选项可以看出生成如下预定义宏

riscv-none-embed-gcc -march=rv32imafdc -mabi=ilp32f -E -dM empty.h | grep riscv                                                                                                                    

#define __riscv 1

#define __riscv_atomic 1

#define __riscv_cmodel_medlow 1

#define __riscv_float_abi_single 1

#define __riscv_fdiv 1

#define __riscv_flen 64

#define __riscv_compressed 1

#define __riscv_mul 1

#define __riscv_muldiv 1

#define __riscv_xlen 32

#define __riscv_fsqrt 1

#define __riscv_div 1