如何通过Docker使用香山

以下文章来源于北京开源芯片研究院，作者贾志杰、安旭

本次资源包升级内容

升级了Docker，注意下载链接已更新

增加了香山仿真演示

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。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

壹

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

a. 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

b. 下载XS-Docker链接

提取码：bv9t

c. Docker安装使用帮助

（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

最后一步如果成功，命令行界面会变为：

这样就成功进入docker镜像提供的ubuntu界面。

贰

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：

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。

运行成功可以看到如下输出：

叁

通过Docker使用香山第三部分：

本次使用的香山工具解说

1. 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 的方式有多种，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。

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

2. 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。

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

3. 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。

4. 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

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 40GB 内存，编译 DefaultConfig 则推荐 80GB 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。

(如果你已经做到这里了，可以在 gitlink 的 howtouseissue 提交截图获得奖励～)

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：

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：

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

欢迎大家来开源芯片社区查看更多香山使用文档。