2.2 搭建实验环境
2.2.1 实验2-1：输出“Welcome to RISC-V!”
1．实验目的
了解并熟悉如何在NEMU和QEMU模拟器上运行最简单的BenOS程序。
2．实验详解
在Linux主机中安装相关工具。
$ sudo apt-get install qemu-system-misc libncurses5-dev gcc-riscv64-linux-gnu build-essential git bison flex libssl-dev（1）在QEMU上运行BenOS
在Linux主机上使用make命令编译BenOS[1]。
[1]请参考“本书约定”一章获取下载配套参考代码的方法。
$ cd riscv_programming_practice/chapter_2/benos
$ export board=qemu
$ make clean
$ make
CC build_src/uart_c.o
CC build_src/kernel_c.o
AS build_src/boot_s.o
LD build_src/benos.elf
OBJCOPY benos.bin
CC build_sbi/sbi_main_c.o
AS build_sbi/sbi_boot_s.o
AS build_sbi/sbi_payload_s.o
LD build_sbi/mysbi.elf
OBJCOPY mysbi.bin
LD build_sbi/benos_payload.elf
OBJCOPY benos_payload.bin要想编译能在QEMU模拟器[2]上运行的可执行二进制文件，需要先设置board=qemu。
[2]本书使用的QEMU版本默认为Ubuntu 20.04自带的版本（4.2.1），如读者使用高版本QEMU时遇到问题，请参考本章实验代码中的说明文件：riscv_programming_practice/chapter_2/必读.txt。
直接输入make run命令并运行。
rlk@master:benos$ make run
qemu-system-riscv64 -nographic -machine virt -m 128M -bios mysbi.bin -kernel benos.elf
Welcome RISC-V!QEMU输出“Welcome RISC-V!”。要关闭QEMU，可以先按 “Ctrl +A”键，松开，再快速按 “X”键。
（2）在NEMU上运行BenOS
在Linux主机上使用make命令编译BenOS。
$ cd riscv_programming_practice/chapter_2/benos
$ export board=nemu
$ make clean
$ make
CC build_src/uart_c.o
CC build_src/kernel_c.o
AS build_src/boot_s.o
LD build_src/benos.elf
OBJCOPY benos.bin
CC build_sbi/sbi_main_c.o
AS build_sbi/sbi_boot_s.o
AS build_sbi/sbi_payload_s.o
LD build_sbi/mysbi.elf
OBJCOPY mysbi.bin
LD build_sbi/benos_payload.elf
OBJCOPY benos_payload.bin要想编译能在NEMU模拟器上运行的可执行二进制文件，需要先设置board=nemu。如果想查看更多编译日志，可以使用make V=1命令。编译完成之后会生成以下5个文件。
● benos.bin：BenOS可执行文件。
● benos.elf：BenOS带调试信息的可执行与可链接格式（Executable and Linkable Format，ELF）文件。
● mysbi.bin：MySBI固件的可执行文件。
● mysbi.elf：MySBI带调试信息的ELF文件。
● benos_payload.bin：把benos.bin和mysbi.bin整合到一个可执行二进制文件中。
直接输入make run命令并运行。
rlk@master:benos$ make run
riscv64-nemu-interpreter -b benos_payload.bin
Welcome to riscv64-NEMU!
For help, type "help"
Welcome RISC-V!NEMU输出“Welcome RISC-V!”，如图2.1所示。
图2.1 NEMU的输出结果
2.2.2 实验2-2：单步调试BenOS和MySBI
本小节提供两种单步调试BenOS和MySBI的方法。一种是使用QEMU与GDB工具，另一种是使用NEMU内置的单步调试功能。
1．使用QEMU与GDB工具
以实验2-1为例，使用make debug命令在终端启动QEMU虚拟机的gdbserver。
$ cd riscv_programming_practice/chapter_2/benos
$ make debug或者直接使用如下命令启动gdbserver。
$ qemu-system-riscv64 -nographic -machine virt -m 128M -bios mysbi.bin -kernel benos.elf -S -s在另一个终端使用如下命令启动GDB工具。
$ gdb-multiarch --tui benos.elf在GDB命令行中执行如下命令。
(gdb) target remote localhost:1234
(gdb) b _start
Breakpoint 1 at 0x80200000: file src/boot.S, line 6.
(gdb) c此时，使用GDB工具单步调试BenOS，如图2.2所示。
图2.2 使用GDB工具单步调试BenOS
另外，也可以通过GDB工具调试MySBI固件。为了在终端启动QEMU虚拟机的gdbserver，使用make debug命令。
$ cd riscv_programming_practice/chapter_2/benos
$ make debug在另一个终端使用如下命令启动GDB工具，这时候需要加载MySBI固件的ELF文件。
$ gdb-multiarch --tui mysbi.elf在GDB命令行中执行如下命令。
(gdb) target remote localhost:1234
(gdb) b _start
Breakpoint 1 at 0x80000000: file sbi/sbi_boot.S, line 6.
(gdb) c此时，使用GDB工具进行单步调试，如图2.3所示。
图2.3 单步调试
2．NEMU内置的单步调试功能
NEMU内置了简易调试器（Simple Debugger，SDB）。SDB是NEMU中一个非常重要的基础设施，可以获取程序的执行信息，以协助调试。SDB支持的命令如表2.4所示。
表2.4 SDB支持的命令
在Linux主机终端，使用make debug命令启动SDB。
$ cd riscv_programming_practice/chapter_2/benos
$ make debug
riscv64-nemu-interpreter benos_payload.bin
Welcome to riscv64-NEMU!
For help, type "help"
(nemu)在SDB命令行中输入“help”，查看帮助信息，如图2.4所示。
图2.4 查看帮助信息
输入“si”，进行单步调试，如图2.5所示。
图2.5 进行单步调试
另外，还可以通过监视点命令设置断点，不过目前只支持为地址设置断点。例如，在0x8020 0000地址处设置断点。
$ make debug
(nemu) w $pc==0x80200000 //设置断点
Set watchpoint #0
(nemu) c //继续执行，此时NEMU停在断点处
Hint watchpoint 0 at address 0x00000000800000a8, expr = $pc==0x80200000
old value = 0x0000000000000000
new value = 0x0000000000000001
(nemu) si //单步执行
0x0000000080200000: 73 10 40 10 csrrw $0,0x104,$0
Hint watchpoint 0 at address 0x0000000080200000, expr = $pc==0x80200000
old value = 0x0000000000000001
new value = 0x0000000000000000