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仿真框架使用手册

非 LA32R 特供

选择 RV32I 或 LA32R 指令集的同学都可以使用此仿真框架。

Difftest

本仿真框架旨在于提供 Difftest 功能。对于 Difftest，你可以理解为，我们使用一个参考 CPU 与你实现的 CPU 进行对比，一旦两者不一致，我们就输出错误信息并停止仿真。

使用步骤

平台相关

Windows 未经过可行性测试，且 Verilator 在 Windows 的安装较为繁杂，不推荐

1. 安装依赖项

本仿真框架所需要的依赖项包括 Git, CMake 和 Verilator。对于 Git 和 CMake，你可以简单地使用 APT 安装：

$ sudo apt install git cmake

对于 Verilator，由于 APT 提供的版本较旧，你需要参照我们的这篇文档手动编译安装。

建议使用 Vlab 虚拟机

你可能已经在 Verilator 安装的教程页面看到了“Vlab 虚拟机已部署此工具”的提示框。使用 Vlab 虚拟机可以省去自行手动编译安装 Verilator 的过程。

你可以点此跳转至 Vlab 页面。

2. 获取实验框架

本实验框架存放在 GitHub 仓库 https://github.com/USTC-Loong-COD/COD25-Simulation-Framework 中。

你需要使用以下命令进行克隆：

$ git clone https://github.com/USTC-Loong-COD/COD25-Simulation-Framework

3. 添加 CPU 实现文件

打开仿真框架目录，将你的 CPU 实现文件放到 vsrc/your_vsrc 目录下；如果你使用了 Verilog 的头文件，请将其放在 vsrc/your_include 目录下。

Image title

添加 CPU 实现文件

Warning

你的 CPU 接口应当与框架介绍中给出的框架保持一致。

该接口同样也适用于上板验证。

4. 修改内存初始化文件

修改 mem 目录下的 instr.ini 和 data.ini 文件，这两个文件的格式要求为：

  • 每一行一个 8 位 16 进制值；
  • 无 header；
  • 不要使用逗号或分号等分隔符；
  • 文件尾需要一个空行。

你也可以添加别的文件作为两个存储器的初始化文件，只要符合上述要求即可。若如此做，你需要修改 vsrc/configs/configs.vh 中的 INSTR_MEM_INI 和 DATA_MEM_INI 配置。

5. 修改配置

我们在 vsrc/configs/configs.vh 和 include/configs.hpp 中提供了多个可变配置。

configs.vh

  • INSTR_MEM_START, DATA_MEM_START：两个存储器的起始地址；
  • INSTR_MEM_DEPTH, DATA_MEM_DEPTH：两个存储器的大小（取 2 的对数）；
  • INSTR_MEM_INI, DATA_MEM_INI：两个存储器的初始化文件路径（相对于运行时的路径）；
  • CORE_TYPE：被仿真的 CPU 类型；

configs.hpp

  • Configs::isa_type：CPU 指令集
  • Configs::core_type：简单/完整 CPU
  • Configs::difftest_level：检测水平
  • Configs::dump_waveform, Configs::dump_path：是否导出波形图及其保存位置

通常情况下，你只需要修改 CORE_TYPE, isa_type, core_type, difftest_level, dump_waveform 配置即可，configs.hpp 的参数可以在 include/enums.hpp 找到。

Image title

修改配置

6. 编译

在仿真框架根目录下使用如下命令进行编译：

$ cmake -B build && cmake --build build

以下是助教的输出

(base) tsincy@tsincy-VMware-Virtual-Platform:~/lab/cod/COD25-Simulation-Framework$ cmake -B build && cmake --build build
-- The C compiler identification is GNU 13.3.0
-- The CXX compiler identification is GNU 13.3.0
-- Detecting C compiler ABI info
-- Detecting C compiler ABI info - done
-- Check for working C compiler: /usr/bin/cc - skipped
-- Detecting C compile features
-- Detecting C compile features - done
-- Detecting CXX compiler ABI info
-- Detecting CXX compiler ABI info - done
-- Check for working CXX compiler: /usr/bin/c++ - skipped
-- Detecting CXX compile features
-- Detecting CXX compile features - done
-- Performing Test _faligned_new
-- Performing Test _faligned_new - Success
-- Performing Test _fbracket_depth_4096
-- Performing Test _fbracket_depth_4096 - Failed
-- Performing Test _fcf_protection_none
-- Performing Test _fcf_protection_none - Success
-- Performing Test _mno_cet
-- Performing Test _mno_cet - Failed
-- Performing Test _Qunused_arguments
-- Performing Test _Qunused_arguments - Failed
-- Performing Test _Wno_bool_operation
-- Performing Test _Wno_bool_operation - Success
-- Performing Test _Wno_c__11_narrowing
-- Performing Test _Wno_c__11_narrowing - Success
-- Performing Test _Wno_constant_logical_operand
-- Performing Test _Wno_constant_logical_operand - Success
-- Performing Test _Wno_non_pod_varargs
-- Performing Test _Wno_non_pod_varargs - Success
-- Performing Test _Wno_parentheses_equality
-- Performing Test _Wno_parentheses_equality - Success
-- Performing Test _Wno_shadow
-- Performing Test _Wno_shadow - Success
-- Performing Test _Wno_sign_compare
-- Performing Test _Wno_sign_compare - Success
-- Performing Test _Wno_subobject_linkage
-- Performing Test _Wno_subobject_linkage - Success
-- Performing Test _Wno_tautological_bitwise_compare
-- Performing Test _Wno_tautological_bitwise_compare - Success
-- Performing Test _Wno_tautological_compare
-- Performing Test _Wno_tautological_compare - Success
-- Performing Test _Wno_uninitialized
-- Performing Test _Wno_uninitialized - Success
-- Performing Test _Wno_unused_but_set_parameter
-- Performing Test _Wno_unused_but_set_parameter - Success
-- Performing Test _Wno_unused_but_set_variable
-- Performing Test _Wno_unused_but_set_variable - Success
-- Performing Test _Wno_unused_parameter
-- Performing Test _Wno_unused_parameter - Success
-- Performing Test _Wno_unused_variable
-- Performing Test _Wno_unused_variable - Success
-- Performing Test _mt
-- Performing Test _mt - Failed
-- Performing Test _pthread
-- Performing Test _pthread - Success
-- Performing Test _lpthread
-- Performing Test _lpthread - Success
-- Performing Test _latomic
-- Performing Test _latomic - Success
-- Found ccache: /usr/bin/ccache ("ccache version 4.9.1")
-- Executing Verilator...
-- Configuring done (4.7s)
-- Generating done (0.0s)
-- Build files have been written to: /home/tsincy/lab/cod/COD25-Simulation-Framework/build
[  5%] Building CXX object CMakeFiles/sim.dir/app/main.cpp.o
[ 11%] Building CXX object CMakeFiles/sim.dir/generated/VTop.cpp.o
[ 16%] Building CXX object CMakeFiles/sim.dir/generated/VTop___024root__DepSet_hc590b6dd__0.cpp.o
[ 22%] Building CXX object CMakeFiles/sim.dir/generated/VTop___024root__DepSet_h0d2e5939__0.cpp.o
[ 27%] Building CXX object CMakeFiles/sim.dir/generated/VTop__ConstPool_0.cpp.o
[ 33%] Building CXX object CMakeFiles/sim.dir/generated/VTop___024root__Slow.cpp.o
[ 38%] Building CXX object CMakeFiles/sim.dir/generated/VTop___024root__DepSet_hc590b6dd__0__Slow.cpp.o
[ 44%] Building CXX object CMakeFiles/sim.dir/generated/VTop___024root__DepSet_h0d2e5939__0__Slow.cpp.o
[ 50%] Building CXX object CMakeFiles/sim.dir/generated/VTop__Trace__0.cpp.o
[ 55%] Building CXX object CMakeFiles/sim.dir/generated/VTop__Syms.cpp.o
[ 61%] Building CXX object CMakeFiles/sim.dir/generated/VTop__Trace__0__Slow.cpp.o
[ 66%] Building CXX object CMakeFiles/sim.dir/generated/VTop__TraceDecls__0__Slow.cpp.o
[ 72%] Building CXX object CMakeFiles/sim.dir/usr/local/share/verilator/include/verilated.cpp.o
[ 77%] Building CXX object CMakeFiles/sim.dir/usr/local/share/verilator/include/verilated_vcd_c.cpp.o
[ 83%] Building CXX object CMakeFiles/sim.dir/usr/local/share/verilator/include/verilated_threads.cpp.o
[ 88%] Linking CXX executable sim
[100%] Built target sim

7. 运行

通常情况下，你需要在项目根目录下运行：

./build/sim

Image title

运行

波形图使用步骤

1. 安装依赖项

要使用仿真框架中生成的波形图，需要用到 gtkwave，你可以简单地使用 APT 安装：

$ sudo apt install gtkwave

2. 打开波形图

安装好 gtkwave 后，你可以在命令行使用：

$ gtkwave <vcd-file-path>

或者双击波形图文件来打开波形图。

3. 将信号添加到界面

使用 gtkwave 后打开波形图，你将看到下面的界面：

Image title

运行

该界面与 Vivado 的波形图界面十分类似。你可以在左侧上方的窗口中看到模块的结构，在左侧下方窗口中看到模块中的信号。选中（ctrl+a 全选，按住 ctrl 可多选）想要观察的信号后，单击下方的 Append 或 Insert 即可将其添加进右侧的波形出窗口中。界面上方还有一些其他的功能按钮，你可以参考 Vivado 仿真教程进行使用。

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