2. 设备树基础

做嵌入式开发，环境搭建是第一道坎。很多人觉得这事简单，照着文档敲命令就行。但我在实际项目中见过太多人卡在这一步——不是版本冲突，就是路径不对，折腾半天连个Hello World都跑不起来。

这一章，我带你一步步把环境搭好。咱们的目标很明确：装好QEMU、配好交叉编译工具链、装好GDB，最后跑一个程序验证全部正常。整个过程大概需要30分钟，请确保你的电脑能联网。

2.1 整体架构：这些工具怎么配合工作？

先别急着敲命令。咱们花两分钟搞清楚这些工具之间的关系，后面遇到问题你才知道怎么排查。

说白了，你的开发机是x86或ARM架构，但目标芯片是RISC-V。你不能直接在开发机上编译运行——得用交叉编译器生成RISC-V的二进制文件，然后扔给QEMU去模拟执行。GDB则通过远程调试协议连上QEMU，让你能单步调试。

2.2 安装QEMU

QEMU的安装方式取决于你的操作系统。我个人习惯用包管理器，干净省事。

2.2.1 Ubuntu/Debian 系

sudo apt update
sudo apt install qemu-system-misc

装完验证一下：

qemu-system-riscv64 --version

如果看到版本号，说明装好了。我遇到过有人装成了 qemu-system-riscv（少了个64），那是32位的，别搞混。

2.2.2 macOS 系

brew install qemu

2.2.3 从源码编译（可选）

如果你需要最新特性，或者想自己加patch，那就从源码编译：

git clone https://gitlab.com/qemu-project/qemu.git
cd qemu
./configure --target-list=riscv64-softmmu
make -j$(nproc)
sudo make install

2.3 配置RISC-V交叉编译工具链

交叉编译工具链，就是一套能在你的开发机上生成RISC-V代码的编译器、汇编器、链接器。最常用的是 riscv64-unknown-elf-gcc。

2.3.1 方案一：使用发行版包管理器（推荐）

Ubuntu 22.04+ 直接有现成的包：

sudo apt install gcc-riscv64-unknown-elf

装完检查：

riscv64-unknown-elf-gcc --version

2.3.2 方案二：从SiFive官网下载预编译包

如果包管理器版本太老，或者你用的不是Ubuntu，可以去SiFive的GitHub Releases页面下载预编译的工具链。下载后解压，把 bin 目录加到PATH里：

export PATH=$PATH:/path/to/riscv64-unknown-elf-toolchain/bin

记得把这个加到 ~/.bashrc 或 ~/.zshrc 里，不然每次开终端都要重新export。

2.3.3 方案三：自己编译（不推荐初学者）

从源码编译RISC-V工具链大概需要2小时，而且容易踩坑。除非你有特殊需求，否则别折腾。

2.4 安装GDB调试器

GDB用于调试RISC-V程序。同样需要交叉编译版本的GDB。

sudo apt install gdb-multiarch

或者安装RISC-V专用版本：

sudo apt install gdb-riscv64-unknown-elf

我个人更推荐 gdb-multiarch，因为它支持多种架构，后面调试ARM或其他芯片也能用。

验证安装：

gdb-multiarch --version
# 或者
riscv64-unknown-elf-gdb --version

2.5 验证环境：写一个Hello World跑起来

光装不验等于白装。咱们写个最简单的程序，编译、运行、调试，全套走一遍。

2.5.1 编写启动代码和链接脚本

RISC-V裸机程序需要一点启动代码。新建一个文件 start.S：

.section .text.init
.globl _start
_start:
    # 设置栈指针
    lui sp, 0x80000
    # 跳转到main
    jal main
    # 死循环
loop:
    j loop

再写个链接脚本 link.ld：

OUTPUT_ARCH(riscv)
ENTRY(_start)

SECTIONS
{
    . = 0x80000000;
    .text : { *(.text.init) *(.text) }
    .data : { *(.data) }
    .bss : { *(.bss) }
}

2.5.2 编写C程序

main.c：

volatile unsigned int *uart = (unsigned int *)0x10000000;

void putchar(char c) {
    *uart = c;
}

void print(const char *s) {
    while (*s) {
        putchar(*s++);
    }
}

int main() {
    print("Hello, RISC-V World!\n");
    return 0;
}

2.5.3 编译

riscv64-unknown-elf-gcc -march=rv64gc -mabi=lp64d \
    -nostdlib -nostartfiles -ffreestanding \
    -T link.ld start.S main.c -o hello.elf

解释一下关键参数：

参数	含义
-march=rv64gc	64位RISC-V，带通用扩展（I、M、A、F、D、C）
-mabi=lp64d	LP64数据模型，双精度浮点
-nostdlib	不使用标准库（裸机环境没有libc）
-ffreestanding	独立环境编译

2.5.4 在QEMU上运行

qemu-system-riscv64 -machine virt -nographic \
    -bios none -kernel hello.elf

如果看到输出 Hello, RISC-V World!，恭喜你，环境搭建成功！

2.5.5 用GDB调试

先启动QEMU，让它等待GDB连接：

qemu-system-riscv64 -machine virt -nographic \
    -bios none -kernel hello.elf \
    -s -S

-s 是 -gdb tcp::1234 的简写，-S 让CPU在启动时暂停。

另开一个终端，启动GDB：

gdb-multiarch hello.elf
(gdb) target remote :1234
(gdb) break main
(gdb) continue
(gdb) step
(gdb) info registers

你会看到程序停在 main 函数入口，可以单步执行、查看寄存器。嗯，这种感觉很爽。

2.6 环境验证清单

最后，给你一个检查清单。每完成一项就打勾：

#	检查项	验证命令
1	QEMU安装成功	qemu-system-riscv64 --version
2	交叉编译器可用	riscv64-unknown-elf-gcc --version
3	GDB可用	gdb-multiarch --version
4	编译生成ELF	file hello.elf 显示RISC-V架构
5	QEMU运行输出	看到 "Hello, RISC-V World!"
6	GDB远程调试	能打断点、单步、看寄存器