juicevm-无第三方库不到5000行C语言 risc-v虚拟机

2021-6-1 16:15:45 5111 RISC-V RISC-V基金会 RISC RISC架构 RISC解决方案

简介
https://github.com/juiceRv/JuiceVm
juice vm诞生于2020年，以实现可运行最新kernel主线的RISC-V最小虚拟机为目标而诞生的，设计之初秉承着可以在 RAM 只有 百KB 级别的平台上运行，不引入除了c99标准外的第三方依赖。

juice vm按照gcc所支持的C99标准编写，无第三方库依赖，浅显易懂，且具有方便移植的特性（可快速移植到多种主流 MCU 及支持c环境的所有平台上）。

juice vm去掉注释后展开所有的宏的代码行数仅12523行，仅36104字，足够的小巧。

Juice Vm的优点

资源占用极低。
跨平台、可快速移植。

Juice Vm的组成

指令集：RV64IMASU.
支持了M-mode,U-mode,S-mode下的mtime.
超级精简的uart，只有读和写两个外设寄存器.
超级精简的MMU SV39支持.
支持RISC-V官方标准的异常和中断托管

Juice Vm 代码统计

Juice Vm的地址空间分布

虚拟机版本号	起始地址	大小(字节)	寄存器名称	说明	所用宏名称
c21682d3	0x80000000	0x12C00000	SRAM	内部存储	RV_CPU_SIM_RAM_START_ADDR RV_CPU_SIM_RAM_SIZE
c21682d3	0x92C00000	0x1	UART_WRITE	uart发送寄存器	pdev_uart0_write_addr
c21682d3	0x92C00001	0x1	UART_READ	uart接收寄存器	pdev_uart0_read_addr
c21682d3	0x92C00002	0x1	UART_STATE	uart状态寄存器	pdev_uart0_state_addr pdev_uart0_free_state pdev_uart0_readbusy_state
c21682d3	0x92C00003	0x8	mtime	mtime当前计数寄存器	pdev_mtime_mtime_addr
c21682d3	0x92c00007	0x8	mtimecmp	mtime当前比较寄存器	pdev_mtime_mtimecmp_addr

Juice Vm下的软件移植进度

已经支持了c语言编程。
已完成freertos移植。
已完成mbedtls移植。
已完成mmu sv39测试。
已完成mtime测试。
已完成open***i移植传送门。
已完成rt-thread移植，感谢@熊大和@Andy Chen的支持传送门。
已完成kernel主线5.0.0 传送门。
上传Juice Vm下的GCC toolchain 传送门。
适配 GDB 通用接口支持 TODO。
适配 RT-SMART TODO。

快速安装

UBUNTU/DEBIAN APT安装
1. echo "deb http://xiaohui.mongoyun.com:3333/ trusty main" | sudo tee -a /etc/apt/sources.list
2. wget -O - http://xiaohui.mongoyun.com:3333/key/deb.gpg.key | sudo apt-key add -
3. sudo apt update
4. sudo apt install juicevm
5. juicevm
复制代码
CENTOS
1. echo "deb http://xiaohui.mongoyun.com:3333/ trusty main" | sudo tee -a /etc/apt/sources.list
2. wget -O juice_vm_release_for_Linux_laster.zip https://github.com/juiceRv/JuiceVm/raw/master/juice_vm_release_for_Linux_laster.zip
3. unzip juice_vm_release_for_Linux_laster.zip
4. cd juice_vm_release_for_Linux_c21682d3/juice_vm_release_for_Linux
5. sudo chmod +x juice_vm_for_Linux.out
6. ./juice_vm_for_Linux.out
复制代码
WINDOW

编译中

快速上手

快速上手运行Hello world 编写中。
运行Free rtos 编写中。
运行mbedtls 编写中。
运行SV39 MMU测试 编写中。
运行mtime测试 编写中。
运行mtime测试 编写中。
运行 RT-thread 编写中。
运行 linux kernel 编写中。

运行freertos 截图

运行rt-thread 截图

运行linx 5.0.0 截图

软件参数使用说明

参数	参数名称	说明
t	enable test mode	进入固件测试模式当出现下面的状态会结束运行并且打印出通过还是失败的字样,x3_gp寄存器的值为1 和 x17_a7寄存器的值为93时,进入了ecall异常就会触发。x10_a0 寄存器的值为 0时打印pass字样，否则打印fail字样
T	enable trap debug mode	使能异常调试模式，出现异常时会打印当前异常的调试信息
d	enable debug mode	打开虚拟机内所有的调试选项，输出最详细的调试信息，包括指令译码，处理执行，当前寄存器列表，csr列表等
c	print cst operation msg	打开虚拟机的csr寄存器读写调试信息。读写csr寄存器的时候都会打印对应的csr寄存器的值
a	diable all debug msg	关闭所有调试选项，译码调试默认打开
x	enable test mode for exception	打开异常测试模式，当出现异常时结束运行
g	enable better readability printing	使用可读性更好的方式打印信息
e	disable all error msg	关闭所有的错误信息打印
i	enable all instr debug msg	打开所有指令调试信息打印
m	enable mmu debug msg	打开mmu的遍历调试信息
p	print mmu page 8 byte data	hexdump打印mmu页表里的8字节数据
P	print mmu page 4K Byte data	hexdump打印mmu页表里的4K字节数据
s	uart addr not use mmu translation	启用mmu翻译时，忽略uart的外设地址，在启用了mmu的时候也可以直接通过uart原始物理地址来操作uart外设
S	switch mode debug info	打开切换mode时的调试信息，m-mode,s-mode和u-mode切换的时候都会打印调试信息
M	disable mmu err msg	关闭mmu缺页异常，访问异常，加载异常的错误信息
r	enable trap debug msg	打印更详细的进入中断的调试信息
A	enable addr translation debug print	打印地址转换的调试打印
L(n)	log mode	output_mode_sel n = 0 -> stdout 1 -> log_buf UNIX SYS ONLY(buf_size:2900) 2 -> none 选择虚拟机输出的方式，1，直接标准输出。2，使用一个buf先缓存，退出的时候再输出bug大小2900Byte。3，不输出。
l	enable endless loop check (RV_ENDLESS_LOOP_CHECK_EXIT_CNT:3)	启用死循环监测机制，当有连续3次出现同样的指令执行流程(包括寄存器和csr寄存器的值都没有改变),结束虚拟机的运行。可以搭配-L参数使用，方便调试固件。一般assert都是直接死循环。

社区支持

挖坑网首发感谢晕哥一路的支持：https://whycan.com/t_5844.html

CHANGE LOG

2021-05-25

open***i和kernel的代码已发布到github！！！ https://github.com/juiceRv/kernel_juicevm_port kernel的配置文件在arch/riscv/configs/juicevm_defconfig,make ARCH=riscv juicevm_defconfig
需要修改下arch/riscv/configs/juicevm_defconfig里的CONFIG_INITRAMFS_SOURCE="/mnt/ssd_prj/risc-v_sim/sim/test/open***i/open***i-master/rootfs"
修改为open***i里的路径

  open***i仓库
  https://github.com/juiceRv/open***i_juicevm_port

  toolchains
  https://github.com/juiceRv/gcc-gnu-toolchains-for-juicevm

20210524进展公布，发布包发布juice_vm_release_for_Linux_c21682d3.zip：

修复了mtime在m-mode,s-mode和u-mode下的中断处理漏洞。
修复了ecall在s-mode下的漏洞。
修复了在s-mode和u-mode下进入异常模式，更新csr寄存器的漏洞。
移植了linux。

juice_vm成功运行kernel主线5.0.0。
juice_vm成功运行kernel主线5.0.0。
juice_vm成功运行kernel主线5.0.0。