如何使用J-Link和Embedded Studio读写RISC-V处理器的CSR？

只看该作者 · 2022-9-14 14:25

CSR简介
RISC-V 架构的控制和状态寄存器（Control and Status Register， CSR），用于配置或记录一些处理器核的运行状态。CSR寄存器是处理器核内部的寄存器，使用其专有的12位地址编码空间，数量最多有4096个。所以访问CSR寄存器需要使用特殊的指令。
RISC-V定义了以下几种CSR访问指令：

CSR除了RSC-V标准的CSR之外，芯片厂商可能还会添加自定义的CSR，用于实现一些特别功能。例如芯来科技的Bumblebee内核就扩展了数个CSR用于处理中断嵌套，记录处理器当前的异常类型等。
RISC-V的可扩展特性给了厂商比较大的灵活性，可扩展特性也引起了碎片化的问题。这个问题确实是存在的，只有当软硬件工具都提供了一种机制能够灵活的来适应不同的厂商，才能消除这个因素带来的影响。

只看该作者 · 2022-9-14 14:27

J-Link访问CSR寄存器
J-Link从6.48 r1开始，支持了读写CSR。于是在对RISC-V处理器进行调试时，就很方便了。不论是标准的CSR，还是厂商自定义的CSR，只需要给出它的地址即可实现读或写操作。在此之前只能通过IDE的调试系统查看标准的CSR，而自定义CSR则无法在IDE调试窗口中查看。

下面以gd32VF103这颗MCU为例，使用J-Link调试器以及J-Link Commander软件工具来读写标准和自定义CSR。GD32VF103使用的是芯来科技的Bumblebee内核，下面先在代码中触发一个EXti线0中断，然后通过J-Link读取标准CSR中的mcause寄存器：

从mcause寄存器可以看到，当EXTI线0中断触发，bit31应该是1，bit11:0应该是其中断编号，从GD32VF103的手册中确认是25，也就是0x19。

在EXTI0的中断服务程序中加一个断点，让CPU在此暂停执行。

然后通过J-Link Commander连上MCU，通过ReadCSR命令读取macuse(地址0x342)：

可以确认读取CSR成功。

只看该作者 · 2022-9-14 14:37

下面通过J-Link来写厂商自定义CSR。mcountinhibit(地址0x320)是Bumblebee内核提供的一个自定义CSR，用于开启和关闭RISC-V核内定时器和CPU计数器。

通过WriteCSR命令，对mcountinhibit的CY位置位，关闭mcycle：

在IDE中可以，再次运行代码可以发现mcycle定时器的值不再变化，说明关闭成功。再次置零，mcycle的值又会变化。

只看该作者 · 2022-9-14 14:38

Segger Embedded Studio中查看自定义CSRSegger Embedded Studio是一个支持ARM和RISC-V架构的IDE，具有功能强，运行速度快等优点。从Embedded Studio for RISC-V v6.12a版本开始，用户可以添加厂商自定义的CSR。其中，针对RISC-V内核CSR，在安装路径的targets目录下的cpu_registers_riscv.xml文件描述了当前处理器支持的CSR。

通过修改这个文件可以添加厂商自定义CSR。将这个文件复制到工程路径下面，进行修改。这里添加Bumblebee内核的msubm寄存器，其指示当异常发生时异常的类型。

在cpu_registers_riscv.xml文件的最后面添加上对msubm寄存器的描述，并将Group命名为Customized CSRs:BumbleBee。

然后在Embedded Studio进入调试后，在寄存器窗口可以看到添加的自定义Group，将其使能。

只看该作者 · 2022-9-14 14:40

当中断发生时，可从寄存器窗口看到msubm寄存器的TYP域的值变成了1，指示当前发生的是中断。

当异常触发时，TYP域的值变成了2，指示当前发生的是系统异常。

SEGGER的J-Link和Embedded Studio工具都针对RISC-V的CSR寄存器提供了读写功能，方便用户在使用不同厂家的MCU时提高调试的效率。如果你在使用RISC-V架构的处理器，并且有J-Link的话，不妨一试。

如何使用J-Link和Embedded Studio读写RISC-V处理器的CSR？

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