RISC-V GCC工具链的介绍

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随着国内第一本RISC-V中文书籍《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》正式上市，越来越多的爱好者开始使用开源的蜂鸟E203 RISC-V处理核，很多初学者留言询问有关RISC-V工具链使用的问题，因此本公众号将开始陆续发表若干篇有关RISC-V软件工具链使用的**，包括：

• RISC-V嵌入式开发准备篇1：编译过程简介
• RISC-V嵌入式开发准备篇2：嵌入式开发的特点介绍
• RISC-V嵌入式开发入门篇1：RISC-V GCC工具链的介绍
• RISC-V嵌入式开发入门篇2：RISC-V汇编语言程序设计
• RISC-V嵌入式开发上手篇：基于HBird-E-SDK平台的软件开发与运行
• RISC-V嵌入式开发实践篇：运行开源蜂鸟E200 MCU更多示例程序
• RISC-V嵌入式开发新奇篇：基于Windows Eclipse IDE的软件开发与运行
• RISC-V嵌入式开发升华篇：基于开源蜂鸟E200 MCU移植RTOS
  

本文为RISC-V嵌入式开发入门篇1：RISC-V GCC工具链的介绍。

本文的目的是对RISC-V GCC工具链进行简单的中文科普与介绍。

注：本文力求通俗易懂，主要面向初学者，对RISC-V GCC工具链有所了解的读者可以忽略此文。

在本号上次发表的**《编译过程简介》中已经介绍了通用的GCC工具链，RISC-V GCC工具链与普通的GCC工具链基本相同，用户可以遵照开源的riscv-gnu-toolchain项目（请在Github中搜索riscv-gnu-toolchain）中的说明自行生成全套的GCC工具链。

由于GCC工具链支持各种不同的处理器架构，因此不同处理器架构的GCC工具链会有不同的命名。遵循GCC工具链的命名规则，当前RISC-V GCC工具链有如下几个版本：

• 以“riscv64-unknown-linux-gnu-”为前缀的版本，譬如riscv64-unknown-linux-gnu-gcc、riscv64-unknown-linux-gnu-gdb、riscv64-unknown-linux-gnu-ar等。具体的后缀名称与《编译过程简介》中描述的GCC、GDB和Binutils工具相对应。

  
  
  • “riscv64-unknown-linux-gnu-”前缀表示该版本的工具链是64位架构的Linux版本工具链。注意：此Linux不是指当前版本工具链一定要运行在Linux操作系统的电脑上，此Linux是指该GCC工具链会使用Linux的Glibc作为C运行库，请参见《编译过程简介》了解Glibc的更多信息。
  • 同理，“riscv32-unknown-linux-gnu-”前缀的版本则是32位架构。
  • 注意：此处的前缀riscv64（还有riscv32的版本）与运行在64位或者32位电脑上毫无关系，此处的64和32是指如果没有通过-march和-mabi选项指定RISC-V架构的位宽，默认将会按照64位还是32位的RISC-V架构来编译程序。有关-march和-mabi选项的含义，请参见第3节。
    

• 以“riscv64-unknown-elf-”为前缀的版本，则表示该版本为非Linux（Non-linux）版本的工具链。注意：

  
  
  • 此Non-Linux不是指当前版本工具链一定不能运行在Linux操作系统的电脑上，此Non-Linux是指该GCC工具链会使用newlib作为C运行库，请参见本号上次发表的**《嵌入式开发特点》中了解newlib的更多信息。
  • 同上理，此处的前缀riscv64（还有riscv32的版本）与运行在64位或者32位电脑上毫无关系，此处的64和32是指如果没有通过-march和-mabi选项指定RISC-V架构的位宽，默认将会按照64位还是32位的RISC-V架构来编译程序。有关-march和-mabi选项的含义，请参见第3节。
    

• 以“riscv-none-embed-”为前缀的版本，则表示是最新为裸机（bare-metal）嵌入式系统而生成的交叉编译工具链，所谓裸机（bare-metal）是嵌入式领域的一个常见形态，表示不运行操作系统的系统。该版本使用新版本的newlib作为C运行库，并且支持newlib-nano，能够为嵌入式系统生成更加优化的代码体积（Code Size）。开源的蜂鸟E203 MCU系统是典型的嵌入式系统，因此将使用“riscv-none-embed-”为前缀的版本作为RISC-V GCC交叉工具链。注意：

  
  
  • 此版本编译器由于使用newlib和newlib-nano作为C运行库，所以必须对 newlib底层的桩函数进行移植，否则无法正常使用调用底层桩函数的C函数（譬如printf会调用write桩函数）。
  • 关于Newlib和newlib-nano及其桩函数，请参见本号上次发表的**《嵌入式开发特点》中了解更多信息。
    
  
  

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。

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。
  

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2022-3-5 15:30 上传

• 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。