CS107E 第一周

装东西

给的指导教程里面，macos arm版的支持度比其他要好一点，主要体现在一开始没有intel版的编译工具（现在有了），wsl版的编译工具编译sample_build代码不成功（现在可以了），wsl版没有riscv64-unknown-elf-gdb（文档更新暂时不需要gdb了）。毕竟这个课第一次用riscv教学。

~~基于个人习惯，用虚拟机装ubuntu搞实验环境~~

~~虚拟机安装 Ubuntu 22.04 server~~
~~安装编译环境~~
- ~~只看 Install riscv-unknown-elf toolchain部分~~
~~安装xfel~~
- ~~编译安装xfel到Ubuntu中~~

发现教程里面的riscv安装包用的是Debian 12.2 的，那我直接虚拟机安装 Debian 就好了嘛

搭建 Debian 12.2 虚拟机实验环境

下载镜像
安装Debian，安装 SSH server 和 standard system utilties，不安装桌面
进入系统安装必要包
bash
```
apt install sudo vim git
```
安装虚拟机工具，顺便安装了gcc, make, linux-header等东西
用户加入到sudo组里面
bash
```
usermod -a -G sudo jiyi
```

安装交叉编译工具

bash

sudo apt install gcc-riscv64-unknown-elf

安装xfel

bash

git clone https://github.com/xboot/xfel.git
cd xfel
sudo apt install libusb-1.0-0-dev pkg-config
make
sudo make install
# 使用以下命令就能检测到插上OTG口芒果派
xfel version

cs107e环境

bash

mkdir ~/cs107e_home
cd ~/cs107e_home
git clone https://github.com/cs107e/cs107e.github.io.git
vim ~/.bashrc
# 添加以下两行
export CS107E=~/cs107e_home/cs107e.github.io/cs107e
export PATH=$PATH:$CS107E/bin

source ~/.bashrc
cd $CS107E/sample_build
make
# 没报错就是第6步安装正常

cd $CS107E/bin
mango-run blink-actled.bin
# 芒果派led开始闪，说明第7步安装正常

学东西

第一周是汇编和riscv，官方讲义过于简略了。去B站看循序渐进，学习开发一个RISC-V上的操作系统 - 汪辰 - 2021春

RISC 的5级流水线

为了看懂ripes.me的Stage。来源 https://www.sunnychen.top/archives/rvintropipeline https://en.wikipedia.org/wiki/Classic_RISC_pipeline

IF = Instruction Fetch
- 从指令存储器中获取指令
ID = Instruction Decode
- 译码并读取寄存器
EX = Execute
- 执行指令
MEM = Memory access
- 从数据存储器中读取数据
WB = Register write back
- 将结果写回寄存器

1GB的内存大小是0x40000000

一位16进制代表4位二进制，0x40000000 是1后面跟4*7+2=30个0的二进制数，即2³⁰个地址。

1个地址代表1byte=1B=8bit的数据。

2¹⁰ 是 0x00000400 是 1KB
2²⁰ 是 0x00100000 是 1MB 是 1K个1KB
2³⁰ 是 0x40000000 是 1GB 是 1K个1MB

严格来说以上地址都应该减1，即1GB的内存大小是0x40000000-1

指令存储

add x3, x1, x2 将寄存器 x1 + x2 结果放入 x3 中

以上指令长32bit，为0x0020 81B3

每个内存地址存储8bit，小端存储，则以上指令在内存中的顺序是 B3, 81, 20, 00

点亮LED

led内里大头是负极
MMIO(Memory mapping I/O)就是通过将外围设备映射到内存空间，便于CPU的访问
GPIO地址从0x0200 0000开始
内存(DRAM)地址从0x4000 0000 开始，0xBFFF FFFF 结束，共2G可用地址
用了两个寄存器 PB_CFG0 和 PB_CFG1 共52bit，设置13个PB接口 PB0 到 PB12
每个GPIO，fn0(0000)是输入，fn1(0001)是输出，fn9-13保留，其他位看文档
用了一个寄存器 PB_DAT 共 13bit，用于13个PB口的读写或拉高降低
当CFG设置为输出(1)，DAT设1是高电平，0是低电平
MangoPi 默认启用FEL模式(Firmware Exchange Loader)（固件更换器？），用xfel 进行控制
lui 高位立即数装载指令，把立即数左移12位，存入寄存器中
- 0x2000 << 12 == 0x0200 0000 （左移 3个4bit，16进制加3个0）
sw 字存储指令，把寄存器加上偏移量的地址，用目标寄存器中的值进行设置
有伪指令 li rd, immediate 立即数加载指令可替代 addi a1, zero, 1
- hexdump后为93 05 10 00，即指令0x00100593
- 二进制为 0b0000 0000 0001 0000 0000 0101 1001 0011
- 以指令分割 000000000001 00000 000 01011 0010011
- 得到汇编指令 addi x11,x0,1
- 即 addi a1, zero, 1
- 结论：立即数不大的时候li使用的就是addi指令
命令行riscv64-unknown-elf-as on.s -o on.o
- 将指定汇编文件 on.s 编译成指定名称 on.o
- -o 指定输出的文件名
命令行 riscv64-unknown-elf-objcopy on.o -O binary on.bin
- -O binary 输出为原始的二进制文件
- 使用xfel运行程序，原始二进制就够了

CS107E 第一周 ​

装东西 ​

搭建 Debian 12.2 虚拟机实验环境 ​

学东西 ​

RISC 的5级流水线 ​

1GB的内存大小是0x40000000 ​

指令存储 ​

点亮LED ​

CS107E 第一周

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搭建 Debian 12.2 虚拟机实验环境

学东西

RISC 的5级流水线

1GB的内存大小是0x40000000

指令存储

点亮LED