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JUICE VM

简介

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的特点

  • 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
    echo "deb http://xiaohui.mongoyun.com:3333/ trusty main" | sudo tee -a /etc/apt/sources.list
    wget -O - http://xiaohui.mongoyun.com:3333/key/deb.gpg.key | sudo apt-key add -
    sudo apt update
    sudo apt install juicevm
    juicevm
  • CENTOS
    echo "deb http://xiaohui.mongoyun.com:3333/ trusty main" | sudo tee -a /etc/apt/sources.list
    wget -O juice_vm_release_for_Linux_laster.zip https://github.com/juiceRv/JuiceVm/raw/master/juice_vm_release_for_Linux_laster.zip
    unzip juice_vm_release_for_Linux_laster.zip
    cd juice_vm_release_for_Linux_c21682d3/juice_vm_release_for_Linux
    sudo chmod +x juice_vm_for_Linux.out
    ./juice_vm_for_Linux.out
  • WINDOW

编译中

快速上手

运行freertos 截图

JUICE VM FreeRtos

运行rt-thread 截图

JUICE VM RT-thread

运行linx 5.0.0 截图

JUICE VM linux kernel

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
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
1 -> log_buf UNIX SYS ONLY(buf_size:(2900))
2 -> none
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。
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](https://whycan.com/t_5844.html)

CHANGE LOG

2021-05-25

20210524进展公布，发布包发布juice_vm_release_for_Linux_c21682d3.zip：

  1. 修复了mtime在m-mode,s-mode和u-mode下的中断处理漏洞。

  2. 修复了ecall在s-mode下的漏洞。

  3. 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。

  4. 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。

20210508更新：

  1. 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。
  2. 添加了div指令支持。
  3. 修复了divuw，divw，remu，remw，amomin.w，amoswap.w的指令错误。

20210427更新：

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

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：

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

202210306更新:

软件适配进度

  1. 已经支持了c语言编程。
  2. 已完成freertos移植。
  3. 已完成mebedtls移植。
  4. 已完成mmu sv39测试。
  5. 已完成mtimer测试。
  6. 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

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

  1. 已经支持了c语言编程。
  2. 已完成freertos移植。
  3. 已完成mebedtls移植。
  4. 已完成mmu sv39测试。
  5. 已完成mtimer测试。
  6. 已完成opensbi移植。

鸣谢

联系作者

juicemail@163.com

Description
The juice virtual machine was born in 2020, with the goal of realizing the smallest virtual machine of RISC-V that can run the latest kernel mainline. At the beginning of the design, it runs on a platform with only 100 KB of RAM, which does not exceed the number of C99. Three-party dependence.
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