riscv-semihosting

RISC-V处理器的简单半主机功能

这是cortex-m-semihosting crate的一个分支，进行了修改以支持RISC-V半主机规范。

该crate可以（几乎）以与cortex-m-semihosting完全相同的方式使用，只需将cortex_m_semihosting::*的调用更改为riscv_semihosting::*。鉴于此，cortex-m-semihosting文档通常足以使用此库。

此库与cortex-m-semihosting之间的一个主要区别是，有功能可以选择执行半主机调用的特权级别。机器模式（M-mode）功能将导致export中的宏在无中断上下文中执行半主机操作，而用户模式（U-mode）则使它们仅执行操作。默认情况下，使用M-mode。您可以通过u-mode功能激活U-mode。

关于semihosting crate

riscv-semihosting提供了一个简单的半主机API，与cortex-m-semihosting匹配。这允许从Cortex-M应用程序简单移植到RISC-V应用程序。然而，semihosting crate提供了一个更高级的接口，与RISC-V以及其他架构（例如ARM或MIPS）兼容。虽然riscv-semihosting是开发半主机应用程序的良好起点，但我们推荐使用semihosting crate。

最低支持的Rust版本（MSRV）

此crate保证在稳定版Rust 1.60.0及更高版本上编译。它不会与旧版本编译。

许可证

版权所有 2018-2023 RISC-V团队

特此授予任何人免费使用、复制、修改和/或分发本软件的许可，无论出于任何目的，无论是否收费，前提是上述版权声明和本许可声明出现在所有副本中。

本软件按"原样"提供，作者否认所有关于本软件的明示或暗示的保证，包括但不限于适销性和特定用途适用性的暗示保证。在任何情况下，作者均不对因使用、数据或利润损失而导致的任何特殊、直接、间接或后果性损害或任何损害负责，无论是在合同、疏忽或其他侵权行为中产生的，均与本软件的使用或性能有关。

贡献

除非您明确声明，否则您根据Apache-2.0许可定义提交的任何贡献，应按照上述双重许可，无需任何附加条款或条件。

行为准则

对此crate的贡献根据Rust行为准则的条款组织，此crate的维护者RISC-V团队承诺干预以维护该行为准则。

示例代码：

// 在Cargo.toml中添加依赖
// riscv-semihosting = "0.2.0"

use riscv_semihosting::hio; // 导入半主机I/O功能
use riscv_semihosting::debug; // 导入调试功能

fn main() -> Result<(), core::fmt::Error> {
    // 示例：使用半主机输出
    let mut stdout = hio::hstdout()?; // 获取标准输出句柄
    writeln!(stdout, "Hello, RISC-V semihosting!")?; // 输出消息

    // 示例：使用半主机退出
    debug::exit(debug::EXIT_SUCCESS); // 成功退出

    Ok(())
}

// 示例：使用半主机进行调试断言
#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;
    use riscv_semihosting::debug;

    #[test]
    fn test_semihosting() {
        // 示例：调试输出
        debug::println!("Debug message from test"); // 输出调试消息

        // 示例：断言并退出
        if some_condition {
            debug::exit(debug::EXIT_FAILURE); // 失败退出
        }
    }
}

完整示例demo：

// 在no_std环境中使用riscv-semihosting的完整示例
#![no_std]
#![no_main]

use core::panic::PanicInfo;
use riscv_semihosting::hio;
use riscv_semihosting::debug;

//  panic处理函数
#[panic_handler]
fn panic(_info: &PanicInfo) -> ! {
    // 在panic时输出错误消息并退出
    let _ = hio::hstdout().and_then(|mut stdout| {
        writeln!(stdout, "Panic occurred!").ok();
        Ok(())
    });
    debug::exit(debug::EXIT_FAILURE);
    loop {}
}

// 主函数
#[no_mangle]
pub extern "C" fn main() -> ! {
    // 获取标准输出句柄
    let mut stdout = hio::hstdout().unwrap_or_else(|_| {
        debug::exit(debug::EXIT_FAILURE);
        loop {}
    });

    // 输出欢迎消息
    writeln!(stdout, "Starting RISC-V semihosting example...").unwrap();

    // 模拟一些工作
    for i in 0..5 {
        writeln!(stdout, "Processing iteration {}", i).unwrap();
    }

    // 退出程序
    writeln!(stdout, "Example completed successfully!").unwrap();
    debug::exit(debug::EXIT_SUCCESS);
    loop {}
}

构建配置（.cargo/config.toml）：

[build]
target = "riscv32imac-unknown-none-elf"  # 根据您的RISC-V目标调整

[target.riscv32imac-unknown-none-elf]
runner = "qemu-system-riscv32 -machine virt -cpu rv32 -nographic -semihosting -kernel"  # 使用QEMU运行

备注：

• 确保在目标配置中启用半主机功能
• 根据您的具体RISC-V芯片调整目标架构
• 可能需要额外的链接器脚本配置

完整示例demo：

// 完整的RISC-V半主机示例
#![no_std]
#![no_main]

use core::panic::PanicInfo;
use core::fmt::Write;
use riscv_semihosting::hio;
use riscv_semihosting::debug;

// 自定义错误类型
#[derive(Debug)]
enum AppError {
    SemihostingError,
}

// panic处理函数
#[panic_handler]
fn panic(info: &PanicInfo) -> ! {
    // 尝试输出panic信息
    if let Ok(mut stdout) = hio::hstdout() {
        let _ = writeln!(stdout, "Panic occurred: {}", info);
    }
    
    // 退出程序
    debug::exit(debug::EXIT_FAILURE);
    loop {}
}

// 初始化函数
fn initialize() -> Result<(), AppError> {
    // 这里可以添加硬件初始化代码
    Ok(())
}

// 应用程序逻辑
fn run_application() -> Result<(), AppError> {
    let mut stdout = hio::hstdout().map_err(|_| AppError::SemihostingError)?;
    
    // 输出欢迎信息
    writeln!(stdout, "🚀 RISC-V Semihosting Demo Application").unwrap();
    writeln!(stdout, "=====================================").unwrap();
    
    // 执行一些计算任务
    writeln!(stdout, "Performing calculations...").unwrap();
    for i in 0..10 {
        let result = i * i;
        writeln!(stdout, "{}² = {}", i, result).unwrap();
    }
    
    // 模拟数据处理
    writeln!(stdout, "\nProcessing data...").unwrap();
    let mut sum = 0;
    for i in 1..=100 {
        sum += i;
        if i % 25 == 0 {
            writeln!(stdout, "Progress: {}% (sum: {})", i, sum).unwrap();
        }
    }
    
    writeln!(stdout, "\n✅ All tasks completed successfully!").unwrap();
    writeln!(stdout, "Final sum: {}", sum).unwrap();
    
    Ok(())
}

// 主函数
#[no_mangle]
pub extern "C" fn main() -> ! {
    // 初始化
    if let Err(e) = initialize() {
        if let Ok(mut stdout) = hio::hstdout() {
            let _ = writeln!(stdout, "Initialization failed: {:?}", e);
        }
        debug::exit(debug::EXIT_FAILURE);
    }
    
    // 运行应用程序
    match run_application() {
        Ok(_) => {
            if let Ok(mut stdout) = hio::hstdout() {
                let _ = writeln!(stdout, "\n🎉 Application finished successfully!");
            }
            debug::exit(debug::EXIT_SUCCESS);
        }
        Err(e) => {
            if let Ok(mut stdout) = hio::hstdout() {
                let _ = writeln!(stdout, "Application error: {:?}", e);
            }
            debug::exit(debug::EXIT_FAILURE);
        }
    }
    
    loop {}
}

// 单元测试模块
#[cfg(test)]
mod tests {
    use super::*;
    use riscv_semihosting::debug;
    
    #[test]
    fn test_calculation() {
        let mut sum = 0;
        for i in 1..=10 {
            sum += i;
        }
        assert_eq!(sum, 55, "Sum of 1 to 10 should be 55");
        debug::println!("Calculation test passed");
    }
    
    #[test]
    fn test_semihosting_output() {
        // 测试半主机输出功能
        if let Ok(mut stdout) = hio::hstdout() {
            let result = writeln!(stdout, "Test message from unit test");
            assert!(result.is_ok(), "Should be able to write to semihosting stdout");
        }
        debug::println!("Output test passed");
    }
}

增强的构建配置：

[package]
name = "riscv-semihosting-demo"
version = "0.1.0"
edition = "2021"

[dependencies]
riscv-semihosting = { version = "0.2.0", features = ["u-mode"] }  # 使用用户模式功能

[build]
target = "riscv32imac-unknown-none-elf"

[target.riscv32imac-unknown-none-elf]
runner = "qemu-system-riscv32 -machine virt -cpu rv32 -nographic -semihosting -kernel"

[profile.release]
lto = true
opt-level = "z"  # 优化代码大小
panic = "abort"

[profile.dev]
panic = "abort"

使用说明：

1. 将上述代码保存为src/main.rs
2. 创建Cargo.toml文件并添加依赖配置
3. 创建.cargo/config.toml文件并添加构建配置
4. 运行：cargo run --release
5. 使用QEMU模拟器执行程序

这个完整示例展示了：

• 完整的错误处理机制
• 结构化的应用程序逻辑
• 单元测试集成
• 优化的构建配置
• 详细的注释说明