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cross_compiler.md

File metadata and controls

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交叉编译工具链安装及使用

安装步骤

  1. 首先主机需要有 Linux 环境，可以是双系统也可以是虚拟机。Linux 环境建议使用 Ubuntu16.04，目前来说在 Ubuntu16.04 下使用还没有出现较大的问题，网上有些博客说 Ubuntu18.04 可能会有问题。

    • 注：不要使用 wsl，要安装的交叉编译工具链是32位程序，而 wsl 目前只支持运行64位程序。
    • 注：关于 wsl 运行 32 位程序可以查看如下链接。

  2. 在 linux 命令行下，然后使用如下命令下载

    wget http://ftp.loongnix.org/toolchain/gcc/release/gcc-4.3-ls232.tar.gz

  3. 解压

    sudo tar -zxvf gcc-4.3-ls232.tar.gz -C /

  4. 设置环境变量 PATH

    echo "export PATH=/opt/gcc-4.3-ls232/bin:$PATH" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

如果机器是64位的机器还需执行如下命令

sudo apt-get install lsb-core

完成上述工作后，可以输入 mipsel-linux-gcc -v，如果可以看到有版本号输出，说明配置正确。

使用

使用方式同 gcc，可以结合 coe 工具使用。

关于指令生成

初期在对 CPU 进行测试时会写一些指令来测试 CPU 的正确性。指令的生成方式有很多，如下介绍几种方式：

  • 根据指令集手册来手动编写

    • 这是一种较为“低级”的方式，但却又行之有效。在对交叉编译工具链等软件不熟悉的情况下，这种方式快速写出若干条指令，用以检测 CPU 的某些功能。
    • 示例：lui 指令的编码规则为op字段固定为 001111，rs字段固定为00000，rt字段为目标寄存器地址，bit 15~0 为16位的立即数，那么想要将数据0xbfc0_0000加载到寄存器 $8则可编写如下指令（小端）
    Bin 00111100 00001000 10111111 11000000
Hex 3c08bfc0

  • 通过一些脚本语言辅助编写

    • 上述的方式很简单，在编写几条指令时行之有效，但是需要批量的指令，且指令单一（仅若干比特位不同）时就不太奏效。此时可以使用 python 等脚本语言编写。
    • 示例：
    # rt 为整数，imm16 为 16 进制字符串且格式为 0x**
def lui_gen(rt, imm16):
    return "001111" + "00000" + '{:05b}'.format(rt) + '{:016b}'.format(int(imm16, 16))

print(lui_gen(8, '0xbfc0')) # 00111100000010001011111111000000

  • 通过 Mars 等软件来生成

    • Mars 是一个可执行 jar 包，运行之后可以在其编辑区域编写 MIPS 汇编代码，之后可以利用该软件来生成相应的指令的16进制编码。

    • 在 Mars 主界面的编辑区域编辑汇编代码，点击工具栏 Run -> Assemble

    • 之后出现如下界面，可以看到 Mars 将汇编代码进行了“翻译”

    • 点击上图中红色方框的内的按钮来将指令编码保存下来，Memory Segment 可以选择是保存数据段还是指令段代码，Dump Format 选择保存格式，一般选择保存十六进制编码格式。

  • 通过交叉编译工具链来生成

    • 当使用交叉编译工具链时，指令码的生成就尤其灵活，由于交叉编译工具链及其强大，可以先编写汇编或 C 代码，然后经工具编译及相关操作，最后生成指令编码。通常使用过程中可配合 makefile 和链接脚本使用。下面介绍通过汇编代码和 coe 工具生成指令编码。
    • 一般，我们会将汇编代码转换为 coe 格式文件，之后将 coe 文件加载至 IP 核使用。关于 coe 文件介绍见本文最后。coe 文件的内容即是一系列的指令编码构成。通过 coe 工具可以很方便生成。
    • 该 coe 工具使用介绍如下：

      • 安装龙芯杯大赛提供的交叉编译工具链

      • 将上述压缩包在 linux 环境下解压

      • 进入该 coe_file 目录

      • 编辑 inst_rom.S

      • 编辑完汇编代码之后，在该目录执行 make 命令，无报错则编译成功

      • 查看同目录下的 inst_rom.coe 文件即为生成文件，包含所需指令。

      • 若出现 ./bin2coe.py: Permission denied 错误使用如下命令解决

      chmod u+x bin2coe.py

coe 文件说明

coe 格式文件就是一个具有特定格式的文本文件，主要用来为 IP 核初始化数据，一般可以使用 coe 格式文件来加载指令或数据。它的文本格式如下：

memory_initialization_radix=16;
memory_initialization_vector=
3C08BFC0,
00000000,
00000000,
00000000,
00000100,
00000000,
00000000,
00000000,
00000000,
00000000,
01200000,
05000101,
00000000,
00000000,
00000000,
00000000;
  • memory_initialization_radix 指明数据使用的进制
  • memory_initialization_vector 指明具体数据，其 "=" 后就是一条条指令十六进制编码了，如果你观察仔细可以发现第一条指令编码是 3C08BFC0 即代表指令 lui $t0, 0xbfc0

如果你不使用 IP 核加载数据，而是使用 $readmemh() 等函数来将数据加载至寄存器堆构造的指令或数据存储器，可以将 coe 格式文件稍加修改即可使用（或者写个脚本也很方便）。