記事の概要

Ubuntu上にRISC-Vの開発環境を構築する手順を説明します。
Chiselを使用することを前提にしていますが、Verilogを使用される方は「vivadoのインストール」と「RISC-Vクロスコンパイラのビルド」のみご参照ください。

また、本記事でのインストールは2019年7月20日時点のバージョンなどになります。

使用したPC

本記事においては以下のPCを使用しています。

Ubuntu 16.04LTS
- メモリ　3.7GB
- プロセッサ　2.67GHz x 4
- OS 64ビット

2017年8月に発刊されたFPGAマガジンの記事において、RISC-V用コンパイラはWindowsマシンやWindows上の仮想環境では正常にビルドできないと書かれていました。
現在では改善されているかは調べていませんが、Ubuntuを使用することにしました。

私はUbuntu PCを所有していなかったので、型落ちのPCを初期化してUbuntuをインストールしました。
Yahooオークションなどでは中古PCにUbuntuをインストールしたものが安く売られているので、それらを利用するのもいいかもしれません。

Scala開発環境構築

Chiselを用いてRISC-Vを開発する場合はScalaが必要です。
Verilogで開発する場合、この作業は不要になります。

以下の手順は、sbt公式サイトの「Linux への sbt のインストール」を参照しています。

OpenJDKのインストール

Scalaを使用する場合、ScalaはJava仮想マシン上で動作するのでJDKをインストールします。
必要になるのはバージョン8になります

sudo apt install openjdk-8-jdk

sbt インストール

以下のコマンドを実行してください。

echo "deb https://dl.bintray.com/sbt/debian /" | sudo tee -a /etc/apt/sources.list.d/sbt.list
sudo apt-key adv --keyserver hkp://keyserver.ubuntu.com:80 --recv 2EE0EA64E40A89B84B2DF73499E82A75642AC823
sudo apt-get update
sudo apt-get install sbt

インストールが正常に完了されているか、sbtシェルを起動して確認します。

sbt

正常に完了していれば、以下のように起動します。シェルを閉じるには、exitと入力するか、Ctrl+D を押してください。

[info] Loading project definition from /home/kosukematsui/project
[info] Set current project to kosukematsui (in build file:/home/kosukematsui/)
[info] sbt server started at local:///home/kosukematsui/.sbt/1.0/server/XXXXXXXXX/sock
sbt:kosukematsui>

Scalaを対話シェルで試したい場合は以下を入力します。

sbt console

起動後にプログラムを入力すれば応答します。

scala> println("Hello, World!")
Hello, World!

Verilatorのインストール

ChiselのシミュレーションをするためのC++コードを出力するツールになります
以下はhttps://www.veripool.org/projects/verilator/wiki/Installingを参照しています。

Verilator依存パッケージをインストールします。

sudo apt-get install git make autoconf g++ flex bison

gitリポジトリからcloneを行い、Verilatorのビルドとインストールを実行します。

git clone http://git.veripool.org/git/verilator
unset VERILATOR_ROOT
cd verilator
git pull
autoconf
./configure
make
sudo make install

vivadoのインストール

インストール手順はFPGAの部屋「Ubuntu16.04にVivado 2016.4をインストール」を参照しました。

Xilinx社のダウンロードから「Vivado Design Suite - HLx Edition - 2019.1 Full Product Installation」の「Vivado HLx 2019.1: Vivado HLx 2017.4: WebPACK および Editions - Linux 用自己解凍型ウェブインストーラー (BIN - 115.05 MB) 」をダウンロードします。
ダウンロードにはUser IDとPasswardの登録が必要になります。

インストーラを実行します。

cd ~/ダウンロード
chmod +x Xilinx_Vivado_SDK_Web_2019.1_0524_1430_Lin64.bin
sudo ./Xilinx_Vivado_SDK_Web_2019.1_0524_1430_Lin64.bin

インストール画面の起動後、基本的にはNEXTを押していくだけでインストールできますが、以下の設定などが必要になります。

Select Install画面では、登録したUser IDとPasswardを入力する
Select Ediition to Install 画面では「Vivado Webpack」を選択
Vivado HL Webpack の画面では、「Software Development Kit (SDK)」のチェックが入っているかを確認
- FPGAボードを使用する場合は、対応するFPGAボードにもチェックが入っているかを確認する（私の場合はArtyシリーズに初期状態でチェックが入っていることを確認しました）

インストール完了後は~/.bashrcにパスを追加します。使用しやすいエディタで編集してください。

vi ~/.bashrc

以下を追加します。
Pathはvivadoをインストールした場所に合わせて適宜変更ください。
私の場合は/toolsにvivadoをインストールしましたが、参照した幾つかのサイトでは/optにインストールする例が多いようでした

# Xilinx vivado
source /tools/Xilinx/Vivado/2019.1/settings64.sh
alias xsdk='env SWT_GTK3=0 xsdk'
alias vivado='env SWT_GTK3=0 vivado'

FPGAボードを使用する場合

FPGAボードを使用する場合は、FPGAボードファイルとボードに対応する制約ファイルが必要になります

私が使用しているARTY S7のFPGAボードは最初からインストールされていました。
そうでない場合は、FPGAボードファイルを入手して、例えばXilinx/Vivado/2019.1フォルダ以下のdata/boards/board_files に格納ください。

ARTY S7の制約ファイルはhttps://github.com/Digilent/digilent-xdc/から入手しました。
これはvivadoで論理合成する際に使用します。

QEMUのインストール

現時点での最新版のqemu-4.0.0をインストールします。
以下のコマンドのバージョンは適宜変更してください。

wget https://download.qemu.org/qemu-4.0.0.tar.xz
tar xf qemu-4.0.0.tar.xz
cd qemu-4.0.0/
mkdir build
cd build/
sudo apt-get install git libglib2.0-dev libfdt-dev libpixman-1-dev zlib1g-dev
../configure --target-list=riscv32-softmmu,riscv64-softmmu,riscv64-linux-user,riscv32-linux-user --prefix=/opt/qemu-riscv
make
sudo make install

インストール完了後は~/.bashrcにパスを追加します。使用しやすいエディタで編集してください。

vi ~/.bashrc

以下を追加します。

# QEMU
export PATH=${PATH}:/opt/qemu-riscv/bin

インストール完了後、正常に完了しているかは、バージョン番号が表示できるかを見ることで確認できます。
新しい端末を開くか、

source ~/.bashrc

を実行後に、以下のコマンドでご確認ください。

qemu-system-riscv32 --version

qemu-system-riscv64 --version

qemu-riscv64 --version

RISC-Vクロスコンパイラのビルド

RISC-V用のクロス開発環境を構築します。
ビルド手順はhttps://github.com/riscv/riscv-gnu-toolchainおよびソフトウェアプラットフォーム屋のメモ帳「RISC-V 32bit版gnu-toolchainのビルド＆インストール方法」を参照しました。

toolchainをインストールします。

git clone --recursive https://github.com/riscv/riscv-gnu-toolchain

依存パッケージをインストールします。

sudo apt-get install autoconf automake autotools-dev curl libmpc-dev libmpfr-dev libgmp-dev gawk build-essential bison flex texinfo gperf libtool patchutils bc zlib1g-dev libexpat-dev

ビルド作業は環境や目的に合わせて、後述する４通りから選択します。
私はNewlib cross-compilerとLinux cross-compiler 32-bit and 64-bit両対応版をビルドしました。
ビルドには数時間を要します。

以下のコマンドでフォルダ内に移動後、各コマンドを実行ください。

cd riscv-gnu-toolchain/

Newlib cross-compilerをビルドする場合

./configure --prefix=/opt/riscv
sudo make

Linux cross-compiler RV64GC (64-bit)対応版をビルドする場合

./configure --prefix=/opt/riscv
sudo make linux

Linux cross-compiler RV32IM (32-bit)対応版をビルドする場合

./configure --prefix=/opt/riscv --with-arch=rv32gc --with-abi=ilp32d
sudo make linux

Linux cross-compiler 32-bit and 64-bit両対応版をビルドする場合

./configure --prefix=/opt/riscv --enable-multilib
sudo make linux

パスを通す

ビルド完了後は~/.bashrcにパスを追加します。使用しやすいエディタで編集してください。

vi ~/.bashrc

以下を追加します。
Pathはインストールした場所に合わせて適宜変更ください。

# RISC-V toolchain
export PATH=${PATH}:/opt/riscv/bin