2020年1月から、趣味エンジニアリング活動として自作CPUと自作OSをやっていく。

今回は、64ビットRISC-V (RV64I) の “Hello World” をRustで作ったので、そのリポジトリの紹介。

自作CPU & 自作OS タグで、この前後の進捗とか目指しているもの（初回記事）とかを追えるようにしている。

冒頭にも貼ったが、

のリポジトリに公開している。READMEに全部書いてあるが、特徴を抜粋すると

• Dockerfile を書いているので、面倒なコンパイラツールチェインなどのインストールを自前でしないで良い。
• 64ビットなRISC-Vターゲットへコンパイルされる（世のサンプルは32ビット版が多いのでちょっと参考になるかも）。
• RustのStableビルドを使う。Nightlyビルドは使わない。
• xargo を使わず cargo を使う。
• Visual Studio Codeを使う人なら、Remote Development Containerで走るように設定ファイルを同梱している。

あたり。

参考にさせていただいた RustでRISC-V OS自作！はじめの一歩 とファイル構成は同じなので、比較しながら読めば十分に挙動は追えるはず（解説をサボった）。こちらの記事との差分は、

• 64ビット版であること。
• QEMUで -machine sifive_u ではなく -machine virt を使った。それに伴いUARTのアドレスが 0x10013000 から 0x10000000 に変わった。
• リンカスクリプトで無駄を省いたりコメント追加したりした。あと MEMORY コマンドを使った（と言っても定義して実際に使ったのはRAMだけだが…）。
• boot.s で、スタック領域を確保するときに la アセンブリ疑似命令を使うようにした。

あたり。

苦労したこと・学んだこと

• RustのStableビルドで勝負するなら、インラインアセンブリが使えないので、生アセンブリファイルを書く必要がある。
• 生アセンブリファイルを書いた瞬間に、RISC-V用のコンパイラツールチェイン が必要になる。アセンブリファイルのアセンブルのため、その結果のオブジェクトファイルを rustc でコンパイルした別のオブジェクトファイルとリンクするため。
  • rustc がバックエンドに使ってるLLVMでRISC-V用のオブジェクトファイル生成もリンクもできているわけなので、本来的には不要なはず。 build.rs をもっと上手に書けば不要にできるのか…？🤷
• QEMUのバージョンの違いで “Hello World” が出力されたりされなかったり…
  • UARTのアドレスを規定するのがQEMUだと理解するまでは「謎挙動」に見えて苦しんでいた。 https://gitlab.freedesktop.org/spice/qemu/blob/e24f44dbeab8e54c72bdaedbd35453fb2a6c38da/hw/riscv/virt.c#L51-63 を見つけてようやく意味がわかった。
• スタック領域確保、64ビットにした途端に動かなくなった…
  • 最終的に la を使って回避したが、 RustでRISC-V OS自作！はじめの一歩 のまま lui と ori 使う形式でも動きそうなもんだけどな…🤔
• リンカスクリプト何もわからん状態だったが、 リンカスクリプトの書き方 読んでだいぶ分かるようになった気がするありがたい。
• SiFiveはRISC-Vクロスコンパイル用のビルド済みgccもqemuを提供してくれていてとてもありがたいけど、Ubuntu 14.04前提なのが厳しかった。特に riscv64-unknown-elf-gdb と qemu-system-riscv64 起動に必要な動的ライブラリの適切なバージョンを引っ張ってくるので地獄を見た（最初は rust dockerイメージで頑張ってたけど匙投げて ubuntu:14.04 使うようにしてから苦行程度に落ち着いた）。