无第三方库不到5000行C语言 risc-v虚拟机juicevm

xiaoxiaohui

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opensbi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 [url]http://xiaohui.mongoyun.com:3333/[/url] trusty main" | sudo tee -a /etc/apt/sources.list
     
  2.   wget -O - [url]http://xiaohui.mongoyun.com:3333/key/deb.gpg.key[/url] | sudo apt-key add -
     
  3.   sudo apt update
     
  4.   sudo apt install juicevm
     
  5.   juicevm
     

  
  

  
  复制代码
  
  
• CENTOS
  
  
  

  
  

  
  
  1.   echo "deb [url]http://xiaohui.mongoyun.com:3333/[/url] trusty main" | sudo tee -a /etc/apt/sources.list
     
  2.   wget -O juice_vm_release_for_Linux_laster.zip [url]https://github.com/juiceRv/JuiceVm/raw/master/juice_vm_release_for_Linux_laster.zip[/url]
     
  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<br>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<br> 1 -> log_buf UNIX SYS ONLY(buf_size:2900)<br> 2 -> none<br> 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。<br>
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

• opensbi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/opensbi/opensbi-master/rootfs"
  修改为opensbi里的路径  
  
    opensbi仓库
    https://github.com/juiceRv/opensbi_juicevm_port
  
    toolchains
    https://github.com/juiceRv/gcc-gnu-toolchains-for-juicevm
  

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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。  
  

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20210508更新：

• 上传一个ubuntu20.04上可以正常运行的发布包,感谢@XBOOT大佬的反馈。
• 添加了div指令支持。
• 修复了divuw，divw，remu，remw，amomin.w，amoswap.w的指令错误。
  

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20210427更新：

1. 提交了RT-Thread 的适配 到官方仓库：详情请点击[url]https://github.com/RT-Thread/rt-thread/tree/master/bsp/juicevm[/url]
   

复制代码

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20210424更新:

软件适配进度

1.已完成rt-thread移植。

更新了支持的参数：

• 新增-L参数用于指定打印日志方式。
• 新增-l参数用于在出现死循环的时候结束运行。
• 新增-r参数用于开启trap调试打印
• 更新了Alive logo。
• 新增-T参数用于执行过程输出反汇编调试打印。
• 新增m模块支持。
• 新增s-mode支持(u-mode支持中）。
  

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202210306更新:

软件适配进度

• 已经支持了c语言编程。
• 已完成freertos移植。
• 已完成mebedtls移植。
• 已完成mmu sv39测试。
• 已完成mtimer测试。
• 已完成opensbi移植。
  

更新了支持的参数：

• -m 参数用于开启mmu调试信息
  
  提交日志
• 1113e998 add sfence.vma instr
• f118d476 add print instr support
• 1e3e7204 add AMOSWAP.D LR.D and SC.D instr support
• 686741ea add AMOSWAP.D LR.D and SC.D instr support
• f2f699c0 add -i arg to enable instr print support
• 113f66da add misa csr support
• 19cf60d1 fix divu err
• ad512e54 add divu remw and remu instr
• 9abc0566 fix mem overflow
• 0ceb663e fix divw instr and add REMW instr
• 10a2ea78 fix divw instr
• 9c93c4ce add amoswap.w , mul and divw instr
• df10ad45 change the fireware start addr to 0x80000000
• d31b4ac1 add amoadd.w inst
  

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以下 2021-03-06 更新:

无第三方库不到5000行C语言实现一个risc-v虚拟机，带mmu

基于指令集 rv64i

实现了mtime，超级精简的uart和mmu sv39.

更新了支持的参数：

• -a 关闭所有调试打印
• -e 关闭错误打印
• -g 用更好的方式来显示打印
• -d 开启所有调试打印(包括寄存器和csr列表)
• -i 开启指令解码调试信息
• -m 开启mmu调试信息
  

软件适配进度

• 已经支持了c语言编程。
• 已完成freertos移植。
• 已完成mebedtls移植。
• 已完成mmu sv39测试。
• 已完成mtimer测试。
• 已完成opensbi移植。
  

鸣谢

• 哇酷网
• RT-thread
• RISC-V
• linux
• gh-md-toc
  

联系作者
https://github.com/juiceRv/JuiceVm
juicemail@163.com

aguest

支持！

lans0625

thanks

tmd007

这是RT-thread开发的吗

xiaoxiaohui

tmd007 发表于 2021-11-25 11:20
这是RT-thread开发的吗

也可以使用其他的rtos开发，资料开源的

frank_t_w

Good ,Thanks!

PaulDE

这个得大大支持啊