自作CPU検証用入力ファイルの作成（ELF→HEX変換）

投稿日：2025年09月23日最終更新日：2025年09月23日

1. はじめに

自作CPUの検証のために、RISCV-Test を使用します。これまでに、RISC-V Test のELF形式のバイナリをビルドする方法について解説しました。

RISCV-Test ビルド方法の解説記事: riscv-tests のインストール

このELF形式のバイナリをシミュレーションに入力できるようにするためには、HEX形式に変換する必要があります。本記事ではこの方法について解説します。

2. ELF → BIN 変換

まずは、ELF形式のバイナリをBIN形式に変換します。 riscv-toolchain には、objcopy というコマンドがあり、これを使用します。

riscv64-unknown-elf-objcopy -O binary <ELFファイル> <BINファイル>

3. BIN → HEX 変換

次に、BIN形式のバイナリをHEX形式に変換します。

od -An -tx1 -w1 -v <BINファイル> <HEXファイル>

Table 1. od コマンドのオプション
オプション	説明
-An	プログラムのアドレスを非表示にします。
-tx1	変換形式をx1（1 Byte 単位で16進数に変換）に設定します。
-w1	1行あたりの Byte 数を設定します。-w1 だと 1 Byteです。
-v	連続データの省略を無効化します。

4. 変換結果の例

作成したHEXファイルを開くと、以下のようなデータが確認できます。

hexファイルの例(rv64ui-p-add)

objdump コマンドで ELF ファイルを逆アセンブルすると以下のような結果が出力されます。

objdump コマンドの結果(rv64ui-p-add)

0000000000000000 <_start>:
   0:	0500006f          	j	50 <reset_vector>

0000000000000004 <trap_vector>:
   4:	34202f73          	csrr	t5,mcause
   8:	00800f93          	li	t6,8
   c:	03ff0863          	beq	t5,t6,3c <write_tohost>
  10:	00900f93          	li	t6,9
  14:	03ff0463          	beq	t5,t6,3c <write_tohost>
...

HEXファイルとobjdumpの結果が一致していることが確認できます。

5. 変換スクリプト

以上の方法をすべてのELFファイルに対して行うのは大変です。そこで、一括で実行するためのスクリプトを作成しました。

elf2hex.py

####################################################################################
## 入出力ディレクトリの設定
####################################################################################
INPUT_ISA_DIR   :str = "/home/user_name/HOME/tool/riscv/repo/riscv-tests/isa"
OUTPUT_BIN_DIR  :str = "/home/user_name/HOME/repo/SvRiscV/tb/riscv-tests/bin"
OUTPUT_HEX_DIR  :str = "/home/user_name/HOME/repo/SvRiscV/tb/riscv-tests/hex"
OUTPUT_DUMP_DIR :str = "/home/user_name/HOME/repo/SvRiscV/tb/riscv-tests/dump"
RISCV_DIR       :str = "/home/user_name/HOME/tool/riscv"

####################################################################################
## Main スクリプト
####################################################################################
import os

def main():

    set_env_command :str = f"export RISCV={RISCV_DIR}; export PATH=$RISCV/bin:$PATH;"

    os.makedirs(OUTPUT_BIN_DIR, exist_ok=True)
    os.makedirs(OUTPUT_HEX_DIR, exist_ok=True)
    os.makedirs(OUTPUT_DUMP_DIR, exist_ok=True)

    for file in os.listdir(INPUT_ISA_DIR):
        file_path = os.path.join(INPUT_ISA_DIR, file)
        if file.endswith(".dump"):
            continue
        if os.path.isdir(file_path):
            continue
        if not file.startswith("rv"):
            continue

        print(file_path)
        output_bin_path = os.path.join(OUTPUT_BIN_DIR, file + ".bin")
        output_hex_path = os.path.join(OUTPUT_HEX_DIR, file + ".hex")
        output_dump_path = os.path.join(OUTPUT_DUMP_DIR, file + ".dump")
        os.system(f"{set_env_command} riscv64-unknown-elf-objcopy -O binary {file_path} {output_bin_path}")
        os.system(f"od -An -tx1 -w1 -v {output_bin_path} > {output_hex_path}")
        os.system(f"{set_env_command} riscv64-unknown-elf-objdump -d {file_path} > {output_dump_path}")

if __name__ == "__main__":
    main()

入力ディレクトリ、出力ディレクトリを変更して、以下のコマンドを実行してください。

python3 elf2hex.py

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