RISC-V核QuestaSim裸机仿真函数返回非法指令调试

测试背景 #

• 运行环境：无FPGA的QuestaSim RTL仿真环境
• 测试对象：RISC-V核裸机程序
• 程序逻辑：主函数调用子函数

故障现象 #

子函数执行完毕准备返回主函数时触发非法指令异常，报错信息如下：

Error: Illegal instruction 0x00010413 at PC 0x00000004!

已开展排查工作 #

• 核运行跟踪日志分析：故障触发前，函数尾声用于返回主函数的jalr指令执行时，返回地址寄存器x1的值为0，相关跟踪日志如下：

78923501           78909 1c0023e6 00008067 jalr             x0, x1, 0            x1:1c000a8e
            78926501           78912 1c000a8e 00000493 addi             x9, x0, 0            x9=00000000
            78927501           78913 1c000a92 0060006f jal              x0, 6              
            78929501           78915 1c000a98 01012d03 lw               x26, 16(x2)         x26=00000000  x2:100041b0  PA:100041c0
            78930501           78916 1c000a9a 01412c83 lw               x25, 20(x2)         x25=00000000  x2:100041b0  PA:100041c4
            78931501           78917 1c000a9c 01812c03 lw               x24, 24(x2)         x24=00000000  x2:100041b0  PA:100041c8
            78932501           78918 1c000a9e 01c12b83 lw               x23, 28(x2)         x23=00000000  x2:100041b0  PA:100041cc
            78950501           78936 1c000aa0 02012b03 lw               x22, 32(x2)         x22=00000000  x2:100041b0  PA:100041d0
            78951501           78937 1c000aa2 02412a83 lw               x21, 36(x2)         x21=00000000  x2:100041b0  PA:100041d4
            78952501           78938 1c000aa4 02812a03 lw               x20, 40(x2)         x20=00000000  x2:100041b0  PA:100041d8
            78953501           78939 1c000aa6 02c12983 lw               x19, 44(x2)         x19=00000000  x2:100041b0  PA:100041dc
            78954501           78940 1c000aa8 00900533 add              x10, x0, x9         x10=00000000  x9:00000000
            78955501           78941 1c000aac 03012903 lw               x18, 48(x2)         x18=00000000  x2:100041b0  PA:100041e0
            78956501           78942 1c000aae 03412483 lw               x9, 52(x2)           x9=00000000  x2:100041b0  PA:100041e4
            78974501           78960 1c000ab0 03812403 lw               x8, 56(x2)           x8=00000000  x2:100041b0  PA:100041e8
            78975501           78961 1c000ab2 03c12083 lw               x1, 60(x2)           x1=00000000  x2:100041b0  PA:100041ec
            78976501           78962 1c000ab4 04010113 addi             x2, x2, 64           x2=100041f0  x2:100041b0
            78978501           78964 1c000ab6 00008067 jalr             x0, x1, 0            x1:00000000
            79000501           78986 00000000 0fb12e27 sw               x59, 252(x2)        f27:00000000  x2:100041f0  PA:100042ec

• 反汇编代码核对：确认地址1c000ab6处的指令为ret，是子函数的最后一条指令，功能为返回主函数，反汇编内容如下：

1c000ab6:   8082                    ret 

初步梳理的可能故障方向 #

• 结构体与函数指针实现问题：通过自定义结构体封装参数与函数指针模拟面向对象的类行为，暂不确定该实现是否完全符合规范（代码可正常执行到返回前位置）。相关实现示例如下：

void api_init(my_struct *_entity){
  // -- init my function pointers
  _entity->init_streams            = (void *)my_init;
  _entity->compute                 = (void *)my_compute;

实例化_entity后，通过如下方式调用函数：

(*_entity)->my_compute();

• 栈问题：程序中分配了较多指向内存缓冲区、函数的指针，已尝试在链接脚本中扩大栈空间，但暂未完全排除栈相关故障可能。

待解答问题 #

• 是否有开发者遇到过同类故障？
• 请提供可行的调试排查方法建议。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者gb95