QRISC-V996—从 RTL 核到 Linux #1 (Claude Code版)

本文主要介绍如何利用 Claude Code（CC）完成 GitHub 上一个开源 RISC-V 项目的完整环境部署。由于我一直希望搭建一个能够运行 Linux 的RISC-V SoC，并将此前流片实现的 AI 加速器作为外设挂载到系统中做一些有意思的应用，因此选择了这个开源项目作为Baseline。整个部署过程包括了 RTL 仿真环境、RISC-V GNU 编译工具链、Linux 系统编译环境以及 GUI 实时交互界面等多个环节。整个过程耗时不到 12 小时。两年前为了调通这个工程，前后折腾了一两周，最终甚至连个 Linux 都没编译出来。只能说现在智能体的工作效率已经离谱到确实可以进行大裁员了。IC 设计当前这种低效的开发方式，迟早也会被 AI 彻底取代。

工程地址: https://github.com/chengquan/QRISC-V996

本工程完全由 Claude Code 独立生成，本人仅负责“聊天”和下发指令。整个工程消耗了不到一周Token预算的10%，套餐为每月 100 刀。

展示如下：已成功在RTL级跑通一个 Linux 操作系统。Github上有全部实现细节，照着Markdown操作即可，有兴趣的铁子可以跑一下。

与 Claude Code 的大致“聊天”内容如下：

1. 你能基于开源的 BiRISC-V core 以及一些相关外设，帮我构建一个 RISC-V based SoC 吗？（我只提供了几个 GitHub 链接，比如https://github.com/ultraembedded/biriscv）Result：CC 基本无阻力完成，顺利完成了SoC的构建。

2. 这个开源工程声称支持 Linux，并提供了编译后的运行环境。但我希望从零开始完整编译 Linux。你能基于其 Boot 程序和 BusyBox 配置实现吗？所需的软件和代码你自行在网上查找。Result：CC 初期编译失败，经过我与它 2–3 轮交互后，它定位到 Linux 内核版本与 Glibc 不兼容的问题，并最终通过升级内核至 4.5 解决。

3. 我发现开源提供的 testbench 是 SystemC 写的，你能帮我替换成 Verilog 版本吗？Result：CC 无阻力完成。

4. 当前验证流程都在后台运行，你能做一个 Python GUI 方便我实时交互与监控吗？Result：CC 无阻力完成。

5. 我发现 UART 是挂在 SBI 上的，你能帮我改成基于 device tree 的驱动方式吗？Result：CC 经过一段 debug 后（期间虽然提示了一些 bug，但我完全不懂这个，只能打鸡血鼓励它），最终自行完成，并顺带生成了新的系统镜像。

6. 我既希望这个 SoC 能运行裸机程序，也能运行 Linux 程序，你能帮我做一个 SDK，并基于现有外设给出一些示例代码吗？Result：CC 无阻力完成。

7. 最后，我想把整个工程整理并发布到 GitHub，你能帮我精简结构，并在每个文件夹下补充完整的 Markdown 文档，确保他人可以复现吗？Result：CC 无阻力完成。

本文以下内容均由Claude Code生成。不用看了，凑字数的。

先说结论

不用买开发板、不用流片,只要一台装了 Linux 的电脑(Windows的 WSL 也行),你就能看着一颗 RISC-V 处理器——从上电、跑引导程序、启动 Linux 内核、一直到出现 “~ #” 命令行提示符——全过程都在你眼前的“数字电路仿真”里发生。而且这颗“芯片”和这套 Linux,从硬件电路到操作系统,全部是从源代码自己编译出来的。

这个项目叫QRISC-V996。下面用大白话讲清楚:它是什么、为什么有意思、你能拿它干什么。

一、它到底是什么?

一句话:一个“能开机、能交互、能跑程序”的完整 RISC-V 电脑——只不过这台电脑活在仿真里。

图1　全景:你敲命令→ 仿真里的 RISC-V 芯片→ 运行自编的 Linux

拆开看是四层,每一层都是开源、可自己重建的:

·处理器核:biRISC-V,一颗双发射的 RV32IMA 核(带指令/数据缓存、内存管理单元 MMU)——相当于芯片的“大脑”。

·外设:UART 串口、定时器、GPIO、SPI、中断控制器——全是真正的硬件电路描述(RTL),不是软件假装的。

·操作系统:一套从源码编译的 Linux 5.4 + BusyBox 文件系统。

·引导程序:SBI 固件,负责把内核拉起来、并补上这颗核没有的几条指令。

这四层用Verilator(把电路“翻译”成可运行程序的工具)做成一个仿真器,我们叫它 tb_soc。你通过一个串口控制台GUI 跟里面的 Linux 打字交互,就像连着一块真开发板。

二、为什么这件事有意思?

因为它把通常“看不见、摸不着”的东西，全摊开在你面前了：

·看得见硬件:一条指令怎么取、缓存怎么命中、外设寄存器怎么被读写,都能用波形看到每一个时钟周期。

·全栈自编:从 Verilog 电路,到 GCC 交叉编译器,到Linux 内核,到根文件系统——没有黑盒,每一层都能改、能重建。

·真实但安全:它是真实的电路逻辑(不是“差不多得了”的行为模型),却跑在电脑里,改错了也不会烧板子。

一句话:它是学习“计算机到底怎么从一堆门电路变成能跑 Linux 的系统”的绝佳活教材。

三、芯片内部长什么样?

处理器核通过 AXI 总线,接到一个“互联”上;互联再按地址把请求分发给 DRAM 和各个外设。每个外设都有一个固定的“门牌号”(地址),软件往那个地址读写,就等于操作真实硬件。

图2SoC 内部:核 + AXI 互联+ 真 RTL 外设(每个外设一个地址)

这里踩过两个很“硬核”的坑,也是这个项目最有价值的部分之一:

·AXI ID 路由:核的取指和访存走两条总线,响应必须按编号送回正确的那条,否则取指会永久卡死、根本起不来。

·中断电平:外部中断信号必须“电平跟随”,否则中断只来一次核就僵住——这是让真中断驱动的串口能工作的关键。

这两个都是真实的电路Bug,定位它们要靠看波形一拍一拍地追,修好后系统才能一路启动到命令行。

四、你能拿它干什么?——写程序

平台自带一个 SDK,两种玩法:

① 裸机程序(没有操作系统):直接在核上跑,直接读写外设寄存器去点灯(GPIO)、发串口、收发 SPI。启动快、最适合验证硬件和看波形。一条命令就能编译并跑:

./build_run.sh examples/gpio.c

② Linux 程序(在系统里当进程跑):用标准 C 写,经 /dev/mem 操作外设。这里有个很实用的小发明——“虚拟磁盘”。

图3　虚拟磁盘:改一个程序几秒搞定,不用重建内核

通常你改一个Linux 程序,要把它重新“烤”进内核镜像里,重建一次要一两分钟。虚拟磁盘的做法是:把程序单独打包,放到内存里内核不用的一块区域;开机时系统再用 mmap 把它取出来放进/opt。于是改程序只要重打这块磁盘(几秒),内核完全不用动——迭代效率天差地别。

五、上手有多快?

装好依赖、编译一次仿真器(一两分钟),就能启动:

python3 gui/biriscv_soc_console.py# 点“启动”,等到 ~ # 就能敲命令了

到了命令行,uname、ls、cat /proc/cpuinfo 都能跑;cpuinfo 里会看到 isa: rv32ima、mmu: sv32——这就是biRISC-V 核的真实身份证。想看硬件波形,勾一下“录波形”,GPIO/SPI 引脚的每一次跳变都看得清清楚楚。

写在最后

QRISC-V996 把“一台 RISC-V 电脑”从最底层的电路,到最上层的 Linux 命令行,完整地、可复现地摆在了你面前。它不追求跑得多快(周期级仿真本就慢),而是追求“透明”——每一层都看得见、改得动、能从零重建。

如果你想真正搞懂“计算机是怎么从晶体管一路变成能跑Linux 的系统”,这是一个少见的、能让你亲手把整条链路走一遍的项目。

致谢:处理器核 biRISC-V、外设riscv_soc、引导器riscv-linux-boot 均来自开源社区ultraembedded;操作系统基于Linux 5.4 与 BusyBox。