一、Difftest简介

Difftest是差分测试框架，有什么用呢？高性能CPU的设计需要做复杂的测试，传统的测试方法运行较慢，而且出了问题很难定位，Difftest就是为了解决这两个问题，基本的逻辑也不难： image.png

  • 处理器运行一条指令
  • 模拟器运行相同的指令
  • 比较两者的状态

为什么能运行更快呢？最著名的模拟器当属Qemu，此外伯克利也提供了针对riscv的模拟器spike，但两者的实现都比较复杂，中科院采用了南大的开发的轻量级教学模拟器Nemu。因为只需要在指令层面做仿真，因此有很大的优化空间。

为什么能容易定位bug？因为每运行一条指令，都会对比关键寄存器的数值，做到动态实时比对，spike需要最终运行完才能比对。计算机的运行就是不同状态的转移，这个观点非常精妙。

那么，这么好的框架如何用起来呢？

二、NutShell difftest

NutShell，Xiangshan都有difftest相关的介绍，也提供了Difftest使用指南，但真正搭起来还真不容易。

  • 第一是因为这些资料比较零散，没有完整的“保姆级教程”。
  • 第二是版本、版本、版本，包括chisel3、difftest、Nutshell等版本，不同介绍的时间点不一样，复现起来也不简单。

为了有个初步的认识，先简单体验NutShell的difftest框架。

1.找对版本

进入xs-env工程，下载对应的NutShell@3a8832e和NEMU@26c7e50版本，参考仓库的setuptools.sh安装比要的软件。如verilator v4.218等。

2.Run起来

NutShell的文档对difftest的使用介绍不多，但有个彩蛋给出了完整的操作流程：nutshell/difftest/.github/workflows/main.yml。这是持续集成框架：在项目开发的时候，每次commit提交，会在云端github提供的服务器Docker上按照main.yml的规则运行新提交代码，对新代码进行自动测试。

参照main.yml不难跑通，如果遇到报错，根据提示不难定位：比如需要在difftest/verilator.mk文件中，将clang++换成g++；或者注释掉41行的VEXTRA-FLAGS += - - instr-count-dpi 1；或者装一些依赖库。

# git clone 对饮版本的NEMU和NutShell
cd NEMU 
make riscv64-xs-ref_defconfig
make

cd NutShell
source ./env.sh
make clean
make emu EMU_CXX_EXTRA_FLAGS="-DFIRST_INST_ADDRESS=0x80000000"
./build/emu -b 0 -e 0 -i ./ready-to-run/microbench.bin

如果想看看difftest的效果，可以修改NutShell中ALU单元的某个运算符，再生成emu并运行。

Idea下打开工程全红怎么办？最新的NutShell用mill构建，而不是sbt，因此目录下没有build.sbt，而是build.sc，，如果直接用idea.sh打开，自动检查功能用不了，不能快乐跳转。Mill的官网提供了IntelliJ Support的解决方案：

mill mill.scalalib.GenIdea/idea

三、小结

Difftest是CPU开发过程中的高效调试框架，NutShell下跑通Difftest需要非常注意版本，参考持续集成main.yml能很容易跑通。

如果自己从头写CPU，该如果接入Difftest呢？请看下回分解

标签: riscv, difftest, cpu

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