RFC: mcpp 对裸机/freestanding target 的支持（riscv64-none-elf 类，toy_kernel 用例） #403

背景

用 mcpp 构建一个 RISC-V 64 裸机（freestanding）内核（toy_kernel：无 OS、无 libc、qemu virt 机 -kernel 启动），发现 mcpp 目前没有裸机/freestanding 概念，被迫用大量 hack 才能工作。希望 RFC 讨论 mcpp 如何原生支持这类目标。

关联：#276 讨论的是 hosted 嵌入式 Linux SDK（Buildroot/Yocto，有 libc/sysroot）；本文讨论的是无 OS 的裸机（riscv64-none-elf 类，无 libc、无动态链接器），是 #276 未覆盖的另一条线。官方嵌入式设计（.agents/docs/2026-07-24-embedded-platform-support-design.md）决策 #15 曾将 freestanding 推迟，这里重新开放讨论。

具体痛点（toy_kernel 实测）

项目：toy_kernel，RISC-V 64 freestanding 内核，qemu virt 机。

痛点 1：mcpp 无法表达"裸机 target"（最核心）

mcpp.toml 被迫写成这样：

[toolchain]
default = "llvm@22.1.8"

[build]
static_stdlib = false
cxxflags = [
    "-ffreestanding", "-nostdlib",
    "-fno-rtti", "-fno-exceptions",
    "-march=rv64gc", "-mcmodel=medany",
    "-mstrict-align",
    "-fPIE", "-fno-omit-frame-pointer",
]

mcpp 把项目当 x86_64 宿主处理（没有"target 是裸机 riscv64"的概念），-march=rv64gc/-mcmodel=medany 被按宿主架构解析，默认 mcpp build 直接失败：

error: unsupported argument 'medany' to option '-mcmodel=' for target 'x86_64-unknown-linux-gnu'
error: unsupported option '-mstrict-align' for target 'x86_64-unknown-linux-gnu'
error: unknown target CPU 'rv64gc'

痛点 2：mcpp 无法做裸机链接（link.ld + -nostdlib + 无 libc）

裸机链接需要自定义链接脚本 + 无 CRT/libc。Makefile 被迫手动做：

riscv64-linux-gnu-g++ -nostartfiles -nostdlib -static -T link.ld \
  -o build/toy_kernel.elf libtoy_kernel.a -lgcc

mcpp 的链接模型只有 hosted（libc/crt/动态链接器），无自定义链接脚本、无 freestanding 链接模式。

痛点 3：mcpp 无法 run/debug 裸机产物

mcpp run 假设 hosted 可执行文件。裸机需要：

qemu-system-riscv64 -machine virt -cpu max -m 256M \
  -nographic -bios default -kernel build/toy_kernel.elf
# 调试: qemu -s -S + gdb 远程

Makefile 被迫手写 run/debug/test。

痛点 4：产物目录错乱

--target riscv64-linux-musl（hosted musl）与裸机 hack 混在 target/：

target/x86_64-linux-gnu/.../bin/libtoy_kernel.a     # 旧 hack 产物
target/riscv64-linux-musl/.../bin/libtoy_kernel.a   # hosted musl 产物

Makefile 靠 find target -name "*.a" | head -1 取第一个，取到哪个全看运气。

痛点 5：汇编 .S 的裸机 flag 靠 glob 透传，脆弱

flags = [{ glob = "src/**/*.S", asmflags = ["-march=rv64gc"] }]

mcpp 把汇编也按宿主处理时同样解析错。

可能的讨论方向（开放）

1. 裸机 target 的表达：riscv64-none-elf（无 OS 段）进 kKnownTargets？还是 [target.'cfg(freestanding)'] 谓词？
2. 链接模型：CLibMode::None（linkmodel.cppm 已有此枚举）在裸机下如何接自定义 -T link.ld + -nostdlib？
3. run/debug：mcpp run 是否能支持"qemu -kernel"类裸机运行器，或至少提供可配置的 run 命令模板？
4. import std：裸机无 libc，import std 不可用——是否需要 import std 降级/关断？freestanding modules 是更大的特性（官方已推迟），但裸机 C++（无 RTTI/异常）是现实的。
5. 工具链：riscv64-none-elf 类裸机工具链（newlib/picolibc）在 xim 生态的打包。

期望

• 明确 mcpp 对裸机/freestanding 的定位（支持 / 明确不支持 / 部分支持）。
• 如果是"部分支持"，最小可落地形态是什么（比如：让 [target] 能表达裸机 triple + 链接脚本 + run 命令模板，先覆盖 RISC-V qemu 场景）。
• toy_kernel 可作为持续验证用例。

环境

• mcpp 2026.8.8.4
• 工具链：llvm@22.1.8（宿主）+ riscv64-linux-musl-gcc 16.1.0（交叉，PR examples: each one writes the rule edge and nothing else #585）
• qemu-system-riscv64 11.0.3