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如何通过 Docker 使用香山

作者:Geek_0b5b61
  • 2024-02-25
    北京
  • 本文字数:3226 字

    阅读完需:约 11 分钟

如何通过Docker使用香山

本次资源包升级内容

  1. 升级了 Docker,注意下载链接已更新

  2. 增加了香山仿真演示

  3. 增加了本次使用的香山工具 AM、NEMU、difftest 的详细解说

本次整合包适合以下人群使用

-零基础入门,没有芯片设计经验的人-没有 Linux 操作系统-不想在本地搭建运行环境-想要一步到位,快速上手的心急派

特别说明

  • 整合包基于高性能开源处理器香山制作,是香山团队倾情打造手把手教学。

  • 这个整合包发布经过“一生一芯”同学们的实战检测,如果出现问题,应该是你自己的问题。但欢迎加入 QQ 群 793255484,与小伙伴们一起探讨香山使用经验。

  • 资源包在通过 Docker 形式提供了运行香山必须的 Linux 操作系统、香山开发环境、香山和仿真相关工具的代码,会大大降低自己部署环境和工具的难度,理论上比自己部署要方便。如果想自己配置,可以参看本地使用香山的文档自行安装。

电脑配置需求(笔者电脑配置参考)

  • 操作系统:Windows 11

  • CPU:不做强制性要求,但是性能越高越好

  • 内存:推荐 32G+

  • 整合包推荐放在固态硬盘中

I 通过 Docker 使用香山第一部分:准备工作

  1. XS-Docker 提供了啥、如何下载以及 Docker 使用学习

  2. docker 提供:Linux 操作系统 Ubuntu 20.04、香山开发环境(软件包和编译工具链)、香山和仿真相关工具的代码

  3. 下载 XS-Docker 链接:


链接:https://pan.baidu.com/s/1gOjHyyqU6DBcbqE8caEEaw?pwd=bv9t 提取码:bv9t


  1. Docker 安装使用帮助:https://magic3007.github.io/docs/docs/Cheatsheet/docker/ (Docker 的使用说明非常多,此处是同学自己的学习记录,欢迎大家交流分享)

  2. 运行 XS-Docker 的命令


注:以下命令中:#符号表示之后文字为注释,使用时不必复制;<>符号表示变量,需要替换为用户看到的实际值,符号本身不要保留


docker load --input <下载好的docker镜像路径>docker images    # 执行后可以看到镜像信息xs-ubuntu:v2.2,大小为6.25GBdocker run -itd --net host xs-ubuntu:v2.2 /bin/bashdocker ps    # 执行后可以看到上一步运行的docker容器,记下<CONTAINER ID>docker exec -it <CONTAINER ID> /bin/bash    # 使用前一步记录的<CONTAINER ID>
复制代码


最后一步如果成功,命令行界面会变为:


root@ubuntu:/# 
复制代码


这样就成功进入 docker 镜像提供的 ubuntu 界面。


II 通过 Docker 使用香山第二部分:香山仿真演示

我们在 docker 镜像里提供了预先编译好的香山仿真模拟程序,可以用它来运行 coremark、linux_hello 等程序。此处我们暂不解释各项参数的含义,只先熟悉一下仿真运行程序的整个过程。从第一部分的最后,进入 ubuntu 界面开始:


# 进入香山目录cd /root/XiangShan/
# 设置环境变量export NOOP_HOME=$(pwd)export NEMU_HOME=$(pwd)
# 仿真运行coremark./ready-to-run/emu_master -i ready-to-run/coremark-2-iteration.bin --diff ready-to-run/riscv64-nemu-interpreter-so 2> perf.log
复制代码



运行成功可以看到类似下图的输出:



如果电脑性能较差,可能在中间卡住较长时间。本人电脑(i5-1240P)小于 5 分钟完成。#给大家展示下机主 CPU 狂烧的样子,嘎嘎 O(∩_∩)O




如果电脑性能较好,可以尝试运行更复杂的 linux_hello 程序。


# 仿真运行linux_hello./ready-to-run/emu_master -i ready-to-run/linux.bin --diff ready-to-run/riscv64-nemu-interpreter-so 2> perf.log
复制代码


运行成功可以看到如下输出:



III 通过 Docker 使用香山第三部分:本次使用的香山工具解说

AM

仿真时用到的 .bin 文件,是测试程序镜像,将其输入给 EMU 就可以模拟香山核运行该程序的过程。获取 .bin 的方式由多种,最常用是通过 AM 来生成。AM 是一个裸机运行时环境,我们可以使用 AM 来编译在香山裸机上运行的程序。在 AM 的 apps 目录下提供了一些预置的程序源代码,比如 coremark、hello、microbench 等。下面以 coremark 为例,演示利用 AM 编译生成测试程序镜像的过程。


# 进入 AM 目录cd /root/nexus-am/
# 设置环境变量export AM_HOME=$(pwd)
# 进入 coremark 目录cd $AM_HOME/apps/coremark/
# 编译 coremarkmake ARCH=riscv64-xs
复制代码


按 riscv64-xs 架构进行编译



编译完成后,可以看到新生成的文件夹 build 其中 riscv64-xs 目录为编译中间文件,其他三个是编译产物。txt 是程序的反汇编文件 bin 是仿真所需的程序镜像


NEMU

NEMU 是一个解释型的指令集模拟器,在仿真过程中它同样执行程序,为香山提供一个作为对照的正确结果。


# 进入 NEMU 目录cd /root/NEMU/
# 设置环境变量export NEMU_HOME=$(pwd)
# 按“给香山对照”进行设置make riscv64-xs-ref_defconfig
# 编译 NEMUmake -j
复制代码


第一步:make riscv64-xs-ref_defconfig



第二步:make -j



完成这两步,才是完成“给香山对照的 nemu”的编译编译生成的结果,在 build 目录的如下位置


difftest(差分测试)

difftest 是一个协同仿真框架,它在仿真运行时负责将香山核的输出与 NEMU 的输出进行对比,判断香山是否按照指令集定义的那样正确运行。difftest 是验证香山功能正确性的重要工具,也对我们定位 bug 和解决 bug 提供了极大帮助。difftest 与香山代码有较高的耦合,目前是作为一个子模块放在香山目录下,在编译仿真程序 emu 时将自动使用。在仿真运行(执行 emu 时),通过 --diff 参数指定 nemu 来开启对比功能,如果不需要对比可以使用 --no-diff 关闭该功能,这时将只进行香山核的仿真。

编译香山核的仿真程序 EMU

有了前面部分的基础,这里我们尝试自行编译前面仿真演示中使用的香山仿真程序 EMU。这一过程中使用 mill 将香山的 chisel 语言代码编译为 Verilog 语言代码,然后通过 verilator 将 Verilog 代码编译为 c++ 语言的仿真模拟程序。这些步骤已经在香山的 Makefile 里预先配置好了,我们可以通过如下命令直接编译


# 进入香山目录cd /root/XiangShan/
# 设置环境变量export NOOP_HOME=$(pwd)export NEMU_HOME=$(pwd)
# 编译emumake emu -j32 CONFIG=MinimalConfig EMU_THREADS=16 EMU_TRACE=1
复制代码


解释参数 emu,表示编译预设为 emu,目标是编译仿真程序 EMU。香山还有生成可综合 Verilog 的预设,具体可见 Makefile。-j32 ,是 make 编译命令的参数,表示编译时使用 32 个线程。后面大写的参数是对 EMU 的设置,其中:CONFIG 指定香山配置,MinimalConfig 是简化版香山配置,为双发射,其余内部参数也相应缩减;DefaultConfig 是完整版香山配置,为 6 发射,需要的编译时间较长,并且对机器性能有较高要求。不指定 CONFIG 时默认为 DefaultConfig 配置。EMU_THREADS 指定之后运行 EMU 时可用到的线程 EMU_TRACE=1 指定之后运行 EMU 时候可以打印波形


编译 MinimalConfig 至少需要 32GB 内存,编译 DefaultConfig 则推荐 64GB 内存以上。这一步时间会比较久,需要耐心等待,生成结束后,可以在 ./build/ 目录下看到一个名为 emu 的仿真程序。<编译结束截图。。。


利用 emu 仿真程序,可以让香山核运行指定的测试程序,进而验证功能或者测试性能。emu 的基本用法是:


./build/emu -i ready-to-run/coremark-2-iteration.bin --diff ready-to-run/riscv64-nemu-interpreter-so 2> perf.log
复制代码


其中:-i 指定测试程序镜像--diff 指定用于给 difftest 提供对照的 nemu 动态链接库 2> 是 shell 操作,把 std error 的数据(性能计数器的数据)打印到文件,之后可以通过该文件查看性能计数器的结果。这样避免性能计数器结果和 emu 执行结果混在一起难以观察。


emu 还可以打印出波形可以使用 --dump-wave 参数打开波形,并使用 -b 和 -e 参数设置生成波形的开始和结束周期,例如想要生成 10000 ~ 11000 周期的波形,可以使用如下命令:


./build/emu -i MY_WORKLOAD.bin --dump-wave -b 10000 -e 11000
复制代码


其中 -b 和 -e 的默认值为 0,注意仅当 -e 参数大于 -b 时才会真正记录波形;波形文件将会生成在 ./build/ 目录下,波形格式默认为 vcd。


emu 的更多功能可以使用 help 查看


./build/emu -h
复制代码


欢迎大家来 https://www.gitlink.org.cn/OSchip/HowtoUseXiangShan/about 查看更多香山使用文档。同时,香山社区志愿者招募中,将个人简历发送至 anxu@bosc.ac.cn, 标题"香山开源生态建设志愿者报名"。


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