香山处理器仿真环境搭建-创新互联

香山处理器产生的前因后果就不介绍了，有兴趣的读者可以查看香山的官方文档，其中已经有详细的介绍。另外本文也不是从零开始搭建香山的开发环境，官方文档‘前端开发环境’已经体贴的给我们做好了一键实现环境搭建的repo。

先描述下我的工作环境：

vmware：32G物理内存，50G disk，4核CPU

OS：ubuntu 18.04

环境不同的仅做参考。第一次写博，有错误和不成熟的地方还请各位大牛批评指正，小弟拜谢了。

先按照官方文档中下载xs-env

>>git clone https://github.com/OpenXiangShan/xs-env
>>cd xs-env
>>sudo -s ./setup-tools.sh # use apt to install dependencies, you may modify it to use different pkg manager

setup-tools.sh中完成了编译香山核所需的工具安装，其中会下载并编译verilator，一个开源仿真工具，也是香山核官方支持的开源仿真工具，当前香山核也支持vcs仿真，但貌似支持力度不是特别好；此脚本的另一个主要功能就是下载mill，mill是scala的构建工具，类似于sbt，貌似很多人都从sbt迁移到了mill，在github下载速度实现让人无法忍受，经过无数次失败后终于下载下来，为了让小伙伴们不在经历这个过程，已将mill-0.9.8放到了gitee上，下载后放到~/.cache/mill/download/0.9.8即可使用，注意/usr/bin/mill其实是个脚本，用于检查~/.cache/mill/download/0.9.8文件是否存在，不存在时会从https://github.com/lihaoyi/mill/releases/download/0.9.8/0.9.8-assembly下载mill可执行文件，然后调用~/.cache/mill/download/0.9.8运行chisel代码构建。

完成上面的工具下载安装后，开始下载香山核编译运行所需的代码仓

>>source setup.sh

在这步，会下载XiangShan，NEMU，nexus-am和nutshell。NEMU是一个款类似spike的risc-v指令模拟器，nexus-am是香山所使用的应用开发框架，nutshell是另一款开源risc-v核，可能是前期做对比或开发使用。香山使用了difftest测试框架，会比较每条指令在程序运行的过程中的正确与否，NEMU就是difftest的golden model。

下载完上面的代码后，setup.sh中会自动编译NEMU和nexus-am中的coremark，这里还需要说下NEMU有两种工作模式：作为单独可执行程序的工作模式和golden model模式。两种模式的编译目标不同，单独可执行程序编译时指定riscv64-xs_defconfig，生成的文件是buidl/riscv64-nemu-interpreter；golden model模式编译时指定riscv64-xs-ref_defconfig，生成文件是riscv64-nemu-interpreter-so。

编译NEMU时又报错了

xs-env/NEMU/include/checkpoint/path_manager.h:24:10: fatal error: filesystem: No such file or directory
 #include

NEMU中用到了C++17的特性，需要将gcc/g++升级到8.x版本以上（想升级到9.x也不行啊，ubuntu 18.04中没有gcc9.x的版本），通过使用apt安装gcc-8并配置update-alternatives：

>>sudo apt install gcc-8
>>sudo update-alternatives --install /usr/bin/gcc gcc /usr/bin/gcc-8 800 --slave /usr/bin/g++ g++ /usr/bin/g++-8
>>sudo update-alternatives --install /usr/bin/gcc gcc /usr/bin/gcc-7 700 --slave /user/bin/g++ g++ /usr/bin/g++-7
>>sudo update-alternatives --config gcc
There are 2 choices for the alternative gcc (providing /usr/bin/gcc).

  Selection    Path            Priority   Status
------------------------------------------------------------
  0            /usr/bin/gcc-8   800       auto mode
* 1            /usr/bin/gcc-7   700       manual mode
  2            /usr/bin/gcc-8   800       manual mode

Pressto keep the current choice[*], or type selection number: 0
update-alternatives: using /usr/bin/gcc-8 to provide /usr/bin/gcc (gcc) in auto mode

在编译过程中还出现了一次cmake版本太低的错误，编译需要cmake 3.14以上，但ubuntu apt中最高只能到3.10，cmake官网下载速度实在让人泪目，还好在gitee上找到了3.19版本的镜像仓：

cmake-release: cmake release repo

下载后解压缩，然后将其中的bin目录加到PATH中即可。

OK，现在代码都已经准备好了，开始编译香山核。

>>cd xs-env/XiangShan
>>make init
>>make emu CONFIG=MinimalConfig EMU_TRACE=1 -j4

make init会下载香山代码仓所用到的子模块，make emu的参数请参考官方文档说明，-j4这里选择4是因为我的vmware中只有4个虚拟CPU核。

编译过程中出现错误。。。

Connection:[logTimestamp] type:[func] source location:[SimTop] sink location:[BusPerfMonitor_1]
Connection:[XSPERF_CLEAN] type:[func] source location:[SimTop] sink location:[BusPerfMonitor_1]
Connection:[XSPERF_DUMP] type:[func] source location:[SimTop] sink location:[BusPerfMonitor_1]
Connection:[DISPLAY_LOG_ENABLE] type:[func] source location:[SimTop] sink location:[BusPerfMonitor_1]
1 targets failed
XiangShan.test.runMain subprocess failed
Makefile:102: recipe for target 'build/SimTop.v' failed

没啥提示就直接failed，郁闷了一阵，根据文档中所讲，到troubleshoot中查找了下，应该是内存不够导致的，香山核编译时在MinimalConfig配置下需要至少32G内存，标准配置最少需要64G内存，通过如下方法修改：

1. 修改XiangShan/build.sc中的参数

override def forkArgs = Seq("-Xmx64G", "-Xss256m")

改成

override def forkArgs = Seq("-Xmx24G", "-Xss256m")

我的虚拟机有32G内存，为了保险这里设置为24G内存，请大家根据自己的PC配置自行确定此参数。

2. 物理内存不能满足需求而又不想在加钱买内存，使用swap来补充，这里我在vmware中新增了一块100G的虚拟硬盘，专门作为swap，即便是标准配置的香山核也可以编译了：）。关闭虚拟机新增scsi接口硬盘后再启动，然后在终端中操作

>>sudo mkswap -f /dev/sdb
>>sudo swapon /dev/sdb

新增的硬盘在我的vmware中显示的/dev/sdb。

重新执行make emu CONFIG=MinimalConfig EMU_TRACE=1 -j4，经过漫长的等待终于编译完成了，迫不及待的跑个仿真：

>>./build/emu -i ready-to-run/coremark-2-iteration.bin

运行成功!

Emu compiled at Dec  4 2022, 19:33:27
Using simulated 32768B flash
[warning]no valid flash bin path, use preset flash instead
The image is ready-to-run/coremark-2-iteration.bin
Using simulated 8192MB RAM
--diff is not given, try to use $(NEMU_HOME)/build/riscv64-nemu-interpreter-so by default
NemuProxy using /home/fenghang/xs-env/NEMU/build/riscv64-nemu-interpreter-so
The first instruction of core 0 has commited. Difftest enabled. 
[NEMU] Can not find flash image: (null)
[NEMU] Use built-in image instead
[src/device/io/mmio.c:39,add_mmio_map] Add mmio map 'flash' at [0x0000000010000000, 0x00000000100fffff]
Running CoreMark for 2 iterations
2K performance run parameters for coremark.
CoreMark Size    : 666
Total time (ms)  : 5210
Iterations       : 2
Compiler version : GCC10.2.0
seedcrc          : 0xe9f5
[0]crclist       : 0xe714
[0]crcmatrix     : 0x1fd7
[0]crcstate      : 0x8e3a
[0]crcfinal      : 0x72be
Finised in 5210 ms.
==================================================
CoreMark Iterations/Sec 383
Core 0: HIT GOOD TRAP at pc = 0x800026ba
total guest instructions = 626,872
instrCnt = 626,872, cycleCnt = 587,010, IPC = 1.067907
[PERF ][time=              587011] TOP.SimTop.l_soc.core_with_l2.core.frontend.icache.missUnit.prefEntries_0: PrefetchEntryReq2,                    0
[PERF ][time=              587011] TOP.SimTop.l_soc.core_with_l2.core.frontend.icache.missUnit.prefEntries_1: PrefetchEntryReq2,                    0
[PERF ][time=              587011] TOP.SimTop.l_soc.core_with_l2.core.exuBlocks.scheduler.fpBusyTable: busy_count,                    0
[PERF ][time=              587011] TOP.SimTop.l_soc.core_with_l2.core.exuBlocks_1.scheduler.fpBusyTable: busy_count,                    0
[PERF ][time=              587011] TOP.SimTop.l_soc.core_with_l2.core.exuBlocks.scheduler.intBusyTable: busy_count,              3289028

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