平头哥玄铁 E902 编译与使用

玄铁 E902 是平头哥半导体有限公司自主研发的极低功耗、极低成本嵌入式 CPU 核，以 8 位 CPU 的成本获得 32 位嵌入式 CPU 的运行效率与性能。 E902 兼容 RISC-V 指令架构，采用 16/32 位混合编码系统，指令系统与流水线硬件结构精简高效，具备极低成本、极低功耗和高代码密度等优点。 E902 主要针对智能卡、智能电网、低成本微控制器、无线传感网络等嵌入式应用。

E902 核的 RTL 代码是开源的，开源版本仓库：https://github.com/T-head-Semi/opene902。

1、E902架构概述

E902 处理器体系结构的主要特点如下：

• 支持 RISC-V RV32E[M]C 指令集；
• 16 个 32 位通用寄存器；
• 两级顺序执行流水线；
• 支持 RISC-V 机器模式和用户模式；
• 支持 RISCV debug 架构，支持标准五线 jtag 调试接口，支持 cjtag 两线调试接口;
• 可配置的单周期硬件乘法器，多周期硬件除法器；
• 兼容 RISC-V CLIC 中断标准，支持中断嵌套，外部中断源数量最高可配置 240 个；
• 兼容 RISC-V PMP 内存保护标准， 0/4/8/12/16 区域可配置；
• 支持 AHB-Lite 总线协议，支持指令总线，系统总线；
• 支持可配置的指令高速缓存，缓存行 16 字节，容量 2KiB/4KiB/8KiB 可配；
• 支持平头哥扩展编程模型；
• 支持复位启动地址硬件集成时可配置；
• 支持软复位操作

流水线

E902 处理器采用 2 级流水线结构：取指和执行。

• 指令取指阶段主要负责从内存中获取指令。
• 指令执行阶段主要负责指令译码、执行和回写。

PMP

可配置的物理内存保护单元（Physical Memory Protection，PMP）负责物理地址的权限检查实现内存的保护功能，权限可划分为：不可读写/只读/可读写，可执行/不可执行。

调试

TDT 调试单元（T-Head Debug Trace）支持各种调试方式，包括软件断点、内存断点、单步和多步的指令跟踪等多种方式，可在线调试 CPU、通用寄存器（GPR）、控制寄存器（CSR）和内存。

紧耦合 IP 架构

为了提高 E902 的系统集成度，方便用户集成与开发，E902 设置内部总线用于集成紧耦合 IP（Tightly Coupled IP，TCIP）。这些紧耦合 IP 包括兼容 RISC-V 标准的 CLINT 和矢量中断控制器 CLIC。

中断控制器

矢量中断控制器的主要特征包括:

• 支持 1-240 个外部中断源；
• 支持中断嵌套；
• 支持电平中断和脉冲中断；
• 中断优先级 4/8/16/32 任意可配。

总线

E902 的系统总线接口支持 AMBA3.0 AHB-Lite 协议

性能

Dhryston：1.55 DMIPS/MHZ(O2)
CoreMark：2.69 CoreMark/MHZ(O3)

E902 对标的是 ARM Cortex-M0+。Cortex-M0+ 的 CoreMark 值为 2.46 CoreMark?/MHz，M0 内核的2.33 CoreMark/MHz。

2、通用寄存器

寄存器	ABI 名称	描述
x0	zero	零值
x1	ra	返回地址
x2	sp	堆栈指针
x3	gp	全局指针
x4	tp	线程指针
x5	t0	临时/备用链接寄存器
x6-7	t1-2	临时寄存器
x8	s0/fp	保留寄存器/帧指针
x9	s1	保留寄存器
x10-11	a0-a1	函数参数/返回值
x12-15	a2-a5	函数参数

3、SDK

平头哥提供了 E902 和 E902M 的 SDK，应该分别对应 RV32E 和 RV32EM，下载链接：https://www.xrvm.cn/community/download?id=658699855023046656。

SDK 编译的 elf 可以在平头哥提供的 QEMU 上直接运行。

qemu 在运行中可能会出现依赖未安装的情况，可执行以下命令：

$ sudo apt-get install -y libsnappy-dev libpixman-1-dev libpixman-1-dev libjpeg-dev libdaxctl-dev libvdeplug-dev libpmem-dev libgbm-dev libepoxy-dev libgtk-3-0 libaio1 libslirp-dev 

ubuntu 22.04 下可能还需要安装以下依赖：

$ sudo apt-get install -y libcapstone-dev libspice-server-dev libsdl2-2.0-0 libsdl2-image-2.0-0 libvirglrenderer-dev libcacard-dev libusbredirparser1 libfuse3-3 libiscsi7 librbd1

1. 编译

$ cd SmartL_E902-R2S2-V1.7.11/projects/examples/hello_world
$ make

2. 运行

• E902

$ qemu-system-riscv32 -M smartl -cpu e902 -kernel out/smartl_e902_evb.elf -nographic -m 128M
Hello World!
Hello_World runs successfully!

• E902M

$ qemu-system-riscv32 -M smartl -cpu e902m -kernel out/smartl_e902_evb.elf -nographic -m 128M