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2.5 C++ 使用指南

前言​

文档目的​

本文档旨在为开发者提供在 SpacemiT RISC-V64 原生机器上进行 C++ 开发的完整使用说明。内容涵盖从开发环境准备、编译与构建方法、常见库的使用，到面向 RISC-V64 平台的性能优化与调试技巧。 本说明文档的目标是：

  • 帮助开发者快速搭建并验证 C++ 开发环境；
  • 指导开发者在 RISC-V64 平台上正确编译、运行、调试 C++ 程序；
  • 提供 RISC-V64 平台相关的编译选项、指令集优化和常见问题解决方案；
  • 为后续进行高性能计算、系统编程、AI/机器人开发等提供基础支撑。

适用环境​

本说明适用于运行在 SpacemiT RISC-V64 架构处理器 上的原生 Linux 操作系统环境，推荐使用 Bianbu ROS 和其他类似发行版：

  • Bianbu ROS (推荐)
  • Bianbu RISC-V (24.04 及以上)
  • 其他兼容 RISC-V64 的 Linux 发行版（如 Fedora RISC-V、openEuler RISC-V、Arch RISC-V 等）

运行环境的一般要求：

  • 系统已预装或可通过包管理器安装 g++、make、cmake 等常用构建工具
  • 系统提供标准 C 库（glibc 或 musl）和 C++ 标准库（libstdc++）
  • 网络连接正常，以便通过 apt、dnf、pacman 等工具安装依赖库

开发环境准备​

编译器​

GCC/G++ for Bianbu ROS​

  • 状态：GCC 在 Bianbu ROS上已经有成熟支持，其他 Bianbu 系统的使用方法相同。

  • 安装：

    sudo apt update
    sudo apt install build-essential g++ gcc

  • 常用编译参数：

    • -O2/-O3/-Ofast → 优化等级
    • -march=rv64gc → 指定 RISC-V 基础指令集
    • -march=rv64gcv → 启用向量扩展

Clang/LLVM 支持情况​

  • Clang/LLVM 的支持已进入主线，但某些优化/扩展可能不如 GCC 完善。

  • 可通过包管理器安装：

    sudo apt install clang

  • 使用时可通过 clang++ 替代 g++ 进行编译。

验证编译器版本​

g++ --version
clang++ --version

确认输出中包含 riscv64 或正确的版本号。

标准库​

libstdc++ 状态​

  • libstdc++ 是 GNU 提供的 C++ 标准库。它主要用于支持 C++ 语言的标准特性和库函数， 包括： 容器类、算法、 字符串类、 流和IO 、智能指针、 异常处理、 线程和并发。

  • 确认方法：

    dpkg -L libstdc++6

glibc 情况​

  • glibc 是 GNU C Library，也就是 GNU 提供的 C 标准库，它和 libstdc++ 类似，但针对 C 语言，同时为 C++ 提供底层支持

  • Bianbu ROS 使用 glibc

  • 查看信息：

    ldd --version

常用开发头文件路径​

  • 系统标准路径：
    • /usr/include/
    • /usr/lib/riscv64-linux-gnu/ （库文件）
    • /usr/include/c++/<版本号>/ （C++ 头文件）

构建工具​

make​

  • 最常见的构建工具。

  • 安装：

    sudo apt install make

cmake​

  • 常用的跨平台构建系统生成器。

  • 安装：

    sudo apt install cmake

ninja​

  • 更高效的构建工具，常与 CMake 配合使用（cmake -G Ninja）。

  • 安装：

    sudo apt install ninja-build

调试与性能工具​

gdb​

  • GNU Debugger，支持 Bianbu ROS。

  • 安装：

    sudo apt install gdb

  • 常用命令：break、run、next、print、info registers

perf​

  • Linux 的性能分析工具，可分析 CPU 指令、缓存、分支预测等。

  • 安装：

    sudo apt install linux-tools-common linux-tools-$(uname -r)

  • 检查是否可用：

    perf stat ls

使用教程见：perf 使用教程

C++ 基础使用​

Hello World 程序​

最基础的 C++ 示例程序，可以验证编译器和环境是否正常工作。

#include <iostream>

int main() {
    std::cout << "Hello, SpacemiT RISC-V64!" << std::endl;
    return 0;
}

编译与运行​

在 Bianbu ROS 上，使用 GCC 编译：

g++ hello.cpp -o hello
./hello

输出应为：

Hello, SpacemiT RISC-V64!

💡 提示：如果出现 g++: command not found，请先确认 GCC/G++ 已安装，并在 $PATH 中。

语言标准选择​

C++ 语言标准影响可用特性和库函数。GCC/Clang 在 Bianbu ROS 上对以下标准支持较好：

  • -std=c++11：基础语法、lambda、智能指针等。
  • -std=c++14：更灵活的 lambda、泛型编程改进。
  • -std=c++17：结构化绑定、if 初始化语句、文件系统库。
  • -std=c++20：概念（concept）、协程（coroutine）、ranges 库。
  • -std=c++23：最新标准，部分特性仍在编译器实现中。

使用示例

g++ -std=c++17 hello.cpp -o hello

⚠️ 注意：SpacemiT RISC-V64 平台对新标准的支持取决于 GCC/Clang 版本，较旧发行版可能不完全支持 C++20/23。

编译优化​

编译优化影响程序性能和大小，可根据需求选择不同选项。

常用优化等级​

选项含义
-O0不优化，便于调试
-O2常用优化，平衡编译时间和性能
-O3激进优化，可能增加代码大小
-Ofast激进优化 + 不完全遵守标准，追求最高性能

RISC-V 特定选项​

  • -march=rv64gc：启用 RISC-V 64 位基本整数 + 压缩 + 浮点 + 原子指令集
  • -march=rv64gcv：启用向量扩展（RVV）

链接时优化​

  • -flto（Link Time Optimization）：在链接阶段进一步优化整个程序。
g++ -O3 -march=rv64gc -flto hello.cpp -o hello

💡 提示：激进优化可能改变程序行为或使调试困难，调试阶段建议使用 -O0。

常见编译错误与解决方法​

在 SpacemiT RISC-V64 平台上开发 C++ 程序时，可能会遇到以下常见编译错误：

g++: command not found​

原因：系统未安装 GCC/G++。 解决方法：

sudo apt update
sudo apt install build-essential g++

error: unrecognized command line option '-march=...'​

原因：当前 GCC 版本不支持指定的 RISC-V 指令集扩展。 解决方法：

  • 查看支持的 -march 选项：
riscv64-linux-gnu-g++ -march=rv64g -E -v -
  • 使用发行版提供的默认支持指令集（如 -march=rv64gc）。
  • 必要时升级 GCC 或使用 RISC-V 官方工具链。

undefined reference to 'std::...'​

原因：C++ 标准库未正确链接或头文件路径不匹配。 解决方法：

  • 确认安装了 libstdc++：
dpkg -L libstdc++6
  • 确认编译器使用的标准库路径正确：
g++ -v hello.cpp

标准不兼容错误​

示例：

error: 'concept' requires C++20

原因：使用的语言特性高于编译器默认标准。 解决方法：

  • 指定正确的标准：
g++ -std=c++20 hello.cpp -o hello
  • 如果编译器版本过旧，不支持新标准，则升级 GCC 或 Clang。

性能优化导致行为异常​

示例：-Ofast 编译后程序输出异常或崩溃。 原因：-Ofast 可能放宽了标准约束，浮点运算、未定义行为可能受影响。 解决方法：

  • 调试阶段使用 -O0 或 -O2
  • 仔细检查指针、数组越界、未初始化变量等潜在问题

提示(编译错误与解决方法)​

  • 出现错误时先确认编译器版本和平台指令集支持
  • RISC-V64 平台相比 x86，某些优化或库函数行为可能略有不同
  • 对于复杂项目，建议使用 CMake 或 Makefile 管理编译选项，统一标准和优化等级

RISC-V64 特性与优化​

指令集扩展​

RISC-V64 平台的性能和功能很大程度上依赖于所启用的指令集扩展。

常用扩展​

  • RV64G (-march=rv64gc)
    • 基础整数指令（I）
    • 原子指令（A）
    • 浮点指令（F/D）
    • 压缩指令（C）
    • 这是最常用的通用扩展组合，适合大多数应用
  • 向量扩展（RVV）
    • 扩展标记 v，可用 -march=rv64gcv 启用
    • 支持 SIMD 风格的向量运算，适合矩阵运算、AI 推理等高性能计算
    • 注意：硬件和工具链必须支持 RVV

编译器参数示例​

g++ -march=rv64gcv -O3 vec_test.cpp -o vec_test
  • -O3：激进优化
  • -march=rv64gcv：启用通用 + 压缩 + 向量扩展

RVV测试实例​

在使用 RVV 前，建议将 GCC 升级到 14 及以上，粘贴并执行以下命令：

GCC_MAJOR=$(gcc -dumpfullversion | cut -d. -f1)

if [ "$GCC_MAJOR" -lt 14 ]; then
    echo "当前 GCC 版本为 $GCC_MAJOR，小于 14，开始安装 gcc-14 和 g++-14..."

    sudo apt install -y gcc-14 g++-14

    # 设置 update-alternatives
    sudo update-alternatives --install /usr/bin/gcc gcc /usr/bin/gcc-14 100
    sudo update-alternatives --install /usr/bin/g++ g++ /usr/bin/g++-14 100
    sudo update-alternatives --set gcc /usr/bin/gcc-14
    sudo update-alternatives --set g++ /usr/bin/g++-14

    sudo update-alternatives --install /usr/bin/riscv64-linux-gnu-gcc riscv64-linux-gnu-gcc /usr/bin/riscv64-linux-gnu-gcc-14 100
    sudo update-alternatives --install /usr/bin/riscv64-linux-gnu-g++ riscv64-linux-gnu-g++ /usr/bin/riscv64-linux-gnu-g++-14 100
    sudo update-alternatives --set riscv64-linux-gnu-gcc /usr/bin/riscv64-linux-gnu-gcc-14
    sudo update-alternatives --set riscv64-linux-gnu-g++ /usr/bin/riscv64-linux-gnu-g++-14

    echo "✅ GCC/G++ 已切换为 14"
else
    echo "✅ 当前 GCC 版本为 $GCC_MAJOR，已满足 ≥ 14，无需切换"
fi

测试程序：

#include <stdio.h>

#if !defined(__riscv) || !defined(__riscv_v)
#error "RISC-V or vector extension(RVV) is not supported by the compiler"
#endif

#if !defined(__THEAD_VERSION__) && defined(__riscv_v_intrinsic) && __riscv_v_intrinsic < 12000
#error "Wrong intrinsics version, v0.12 or higher is required for gcc or clang"
#endif

#include <riscv_vector.h>

#ifdef __THEAD_VERSION__
int test()
{
    const float src[] = { 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f };
    uint64_t ptr[2] = {0x0908060504020100, 0xFFFFFFFF0E0D0C0A};
    vuint8m1_t a = vreinterpret_v_u64m1_u8m1(vle64_v_u64m1(ptr, 2));
    vfloat32m1_t val = vle32_v_f32m1((const float*)(src), 4);
    return (int)vfmv_f_s_f32m1_f32(val);
}
#else
int test()
{
    const float src[] = { 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f };
    uint64_t ptr[2] = {0x0908060504020100, 0xFFFFFFFF0E0D0C0A};
    vuint8m1_t a = __riscv_vreinterpret_v_u64m1_u8m1(__riscv_vle64_v_u64m1(ptr, 2));
    vfloat32m1_t val = __riscv_vle32_v_f32m1((const float*)(src), 4);
    return (int)__riscv_vfmv_f_s_f32m1_f32(val);
}
#endif

int main()
{
  printf("%d\n", test());
  return 0;
}

保存为 cpu_rvv.cpp

执行编译：

g++ -march=rv64gcv -mabi=lp64d cpu_rvv.cpp -o cpu_rvv

反汇编：

objdump -d cpu_rvv | grep '^ *[0-9a-f]*:.*v'

带.v 的即为 v 指令

工程管理​

在 Bianbu ROS 平台进行 C++ 开发时，使用合适的构建系统可以有效管理源文件、依赖库和编译选项，提高开发效率。常用构建工具包括 Makefile 和 CMake。

Makefile 示例​

简单单文件工程​

Makefile

# 变量定义
CXX = g++
CXXFLAGS = -O2 -march=rv64gc -std=c++17
TARGET = hello
SRCS = hello.cpp

# 默认目标
all: $(TARGET)

# 链接目标
$(TARGET): $(SRCS)
	$(CXX) $(CXXFLAGS) $^ -o $@

# 清理
clean:
	rm -f $(TARGET)

说明：

  • $^：表示所有依赖文件
  • $@：表示目标文件
  • CXXFLAGS：可以包含优化等级、语言标准和 RISC-V 特定指令集

使用：

make        # 编译
make clean  # 删除生成文件

多文件工程​

CXX = g++
CXXFLAGS = -O2 -march=rv64gc -std=c++17
TARGET = my_app
SRCS = main.cpp utils.cpp
OBJS = $(SRCS:.cpp=.o)

all: $(TARGET)

$(TARGET): $(OBJS)
	$(CXX) $(CXXFLAGS) $^ -o $@

%.o: %.cpp
	$(CXX) $(CXXFLAGS) -c $< -o $@

clean:
	rm -f $(OBJS) $(TARGET)

💡 提示：Makefile 的依赖关系可以根据头文件变化自动更新，保证增量编译高效。

CMake 示例​

CMake 是跨平台构建工具，更适合大型或多目录工程。

单文件工程​

CMakeLists.txt

cmake_minimum_required(VERSION 3.16)
project(HelloRISCVDemo CXX)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_FLAGS "-O2 -march=rv64gc")

add_executable(hello hello.cpp)

构建：

mkdir build && cd build
cmake ..
make
./hello

多目录工程​

目录结构：

my_app/
├── CMakeLists.txt
├── src/
│   ├── main.cpp
│   └── utils.cpp
└── include/
    └── utils.h

顶层 CMakeLists.txt

cmake_minimum_required(VERSION 3.16)
project(MyApp CXX)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_FLAGS "-O2 -march=rv64gc")

add_subdirectory(src)
include_directories(include)

src/CMakeLists.txt

add_executable(my_app main.cpp utils.cpp)

构建同样在 build 目录下执行：

cmake ..
make

与 pkg-config 配合​

如果使用外部库（如 glib、SDL2）：

find_package(PkgConfig REQUIRED)
pkg_check_modules(GLIB REQUIRED glib-2.0)
include_directories(${GLIB_INCLUDE_DIRS})
link_directories(${GLIB_LIBRARY_DIRS})
add_executable(my_app main.cpp)
target_link_libraries(my_app ${GLIB_LIBRARIES})

CMake 提示​

  • CMake 支持多平台，可轻松切换 RISC-V64 或 x86 构建选项
  • 使用 pkg-config 可以方便管理第三方库依赖

常用库​

本章节示例多数直接使用 g++ 编译，在实际项目中，你也可以使用 cmake 等来管理编译流程。

系统库​

pthread​

示例代码 pthread_test.cpp：

#include <pthread.h>
#include <iostream>

void* thread_func(void* arg) {
    std::cout << "Hello from thread!" << std::endl;
    return nullptr;
}

int main() {
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, nullptr, thread_func, nullptr);
    pthread_join(tid, nullptr);
}

编译与运行：

g++ -std=c++17 -O2 -march=rv64gc pthread_test.cpp -o pthread_test -lpthread
./pthread_test

dlopen / dlsym​

示例代码 dl_test.cpp：

#include <dlfcn.h>
#include <iostream>

int main() {
    void* handle = dlopen("libm.so", RTLD_LAZY);
    if (!handle) { std::cerr << dlerror(); return 1; }
    double (*cos_func)(double) = (double(*)(double))dlsym(handle, "cos");
    std::cout << cos_func(0.0) << std::endl;
    dlclose(handle);
}

编译与运行：

g++ -std=c++17 -O2 -march=rv64gc dl_test.cpp -o dl_test -ldl
./dl_test

数学 / 科学计算库​

OpenBLAS​

sudo apt install libopenblas-dev

示例代码 blas_test.cpp：

#include <cblas.h>
#include <iostream>

int main() {
    double A[4] = {1,2,3,4};
    double B[4] = {5,6,7,8};
    double C[4];
    cblas_dgemm(CblasRowMajor, CblasNoTrans, CblasNoTrans, 2, 2, 2, 1.0, A, 2, B, 2, 0.0, C, 2);
    std::cout << "C[0] = " << C[0] << std::endl;
}

编译与运行：

g++ -std=c++17 -O3 -march=rv64gcv blas_test.cpp -o blas_test -lopenblas
./blas_test

Eigen​

sudo apt install libeigen3-dev

示例代码 eigen_test.cpp：

#include <Eigen/Dense>
#include <iostream>

int main() {
    Eigen::Matrix2d A;
    A << 1,2,3,4;
    std::cout << A << std::endl;
}

编译与运行：

g++ -std=c++17 -O2 -march=rv64gc -I/usr/include/eigen3 eigen_test.cpp -o eigen_test
./eigen_test

Eigen 是头文件库，无需额外链接库

网络与系统编程​

POSIX Socket​

示例代码 socket_test.cpp：

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <iostream>

int main() {
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sock < 0) std::cerr << "Socket creation failed" << std::endl;
    else std::cout << "Socket created successfully" << std::endl;
}

编译与运行：

g++ -std=c++17 -O2 -march=rv64gc socket_test.cpp -o socket_test
./socket_test

Boost (Asio 示例)​

sudo apt install libboost-system-dev libboost-thread-dev

示例代码 boost_test.cpp：

#include <boost/asio.hpp>
#include <iostream>

int main() {
    boost::asio::io_context io;
    std::cout << "Boost Asio io_context created" << std::endl;
}

编译与运行：

g++ -std=c++17 -O2 -march=rv64gc boost_test.cpp -o boost_test -lboost_system -pthread
./boost_test

图形 / 界面​

Qt5​

sudo apt install qtbase5-dev

示例代码 qt_test.cpp：

#include <QApplication>
#include <QPushButton>

int main(int argc, char** argv) {
    QApplication app(argc, argv);
    QPushButton button("Hello RISC-V Qt");
    button.show();
    return app.exec();
}

编译与运行：

注意：在本机上接入屏幕才可成功运行，ssh远程终端无法显示

g++ -std=c++17 -O2 -march=rv64gc qt_test.cpp -o qt_test $(pkg-config --cflags --libs Qt5Widgets)
./qt_test

SDL2​

示例代码 sdl_test.cpp：

#include <SDL2/SDL.h>
#include <iostream>

int main() {
    if (SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO) != 0) {
        std::cerr << "SDL_Init Error: " << SDL_GetError() << std::endl;
        return 1;
    }
    std::cout << "SDL initialized successfully" << std::endl;
    SDL_Quit();
}

编译与运行：

注意：在本机上接入屏幕才可成功运行

g++ -std=c++17 -O2 -march=rv64gc sdl_test.cpp -o sdl_test $(sdl2-config --cflags --libs)
./sdl_test

更多使用示例​

C/C++使用GPIO​

引脚定义参考：引脚定义

主要使用 lgpio 的 C 库来完成相应功能，官方文档：https://abyz.me.uk/lg/lgpio.html

安装依赖​

sudo apt install liblgpio-dev python3-gpiozero

控制LED灯​

硬件连接（使用 SpacemiT MUSE Pi 开发板 70 号引脚）：

示例代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <lgpio.h>

int main(void)
{
    int h;       // 芯片句柄
    int line = 70; // 你要控制的 GPIO 引脚号
    int lh;      // line handle
    int i;

    // 打开 /dev/gpiochip0
    h = lgGpiochipOpen(0);
    if (h < 0)
    {
        printf("无法打开 gpiochip0: %d\n", h);
        return 1;
    }

    // 申请 GPIO70 输出
    lh = lgGpioClaimOutput(h, 0, line, 0); // 初始为低电平
    if (lh < 0)
    {
        printf("无法申请 GPIO%d 输出: %d\n", line, lh);
        lgGpiochipClose(h);
        return 1;
    }

    // 闪烁 10 次
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        lgGpioWrite(h, line, 1); // 高电平
        usleep(500000);          // 延时 0.5 秒
        lgGpioWrite(h, line, 0); // 低电平
        usleep(500000);
    }

    // 释放 GPIO
    lgGpioFree(h, line);
    lgGpiochipClose(h);

    return 0;
}

保存为：blink.c

编译

gcc -o blink blink.c -llgpio

执行程序

./blink