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XiangShan GEM5 模拟器

这是香山处理器的GEM5模拟器版本，目前在SPEC CPU 2006基准测试上与昆明湖处理器性能相当。

项目特点

XS-GEM5是专门为香山处理器定制的GEM5模拟器，相比官方GEM5：

  • 仅支持全系统模拟（Full System Simulation）
  • 支持香山特有的格式和功能
  • 包含多个香山特有的功能增强

主要功能增强

  1. 前端微架构校准

    • 解耦前端设计
    • TAGESC、ITTAGE和可选的Loop预测器
    • 与昆明湖对齐的指令延迟校准

  2. 后端微架构校准

    • 分布式调度器
    • 调度/执行延迟校准
    • RVV向量扩展支持

  3. 缓存层次结构优化

    • 多种预取器算法：Stream + Berti/Stride + BOP + SMS + Temporal + CDP
    • 主动/被动卸载框架
    • 多预取器协调
    • VA-PA转换支持

  4. 其他特性

    • 并行RV PTW（页表遍历）
    • 级联FMA
    • 移动消除
    • L2 TLB和TLB预取
    • CSR修复

目录结构

.
├── configs/                # 配置文件目录
│   ├── example/           # 示例配置
│   │   └── xiangshan.py   # 香山处理器配置
│   └── common/            # 通用配置
├── src/                   # 源代码目录
│   ├── arch/             # 架构相关代码
│   │   └── riscv/        # RISC-V架构实现
│   ├── cpu/              # CPU相关代码
│   │   ├── o3/          # 乱序执行实现
│   │   └── pred/        # 分支预测器
│   └── mem/              # 内存系统相关代码
├── system/               # 系统相关代码
├── util/                 # 工具脚本
│   └── xs_scripts/       # 香山特有脚本
└── ext/                  # 外部依赖
    └── dramsim3/         # DRAMSim3内存模拟器

关键代码路径

1. 处理器配置

  • configs/example/xiangshan.py: 香山处理器的基本配置
  • configs/common/XSConfig.py: 香山特有的配置选项

2. CPU核心实现

  • src/cpu/o3/: 乱序执行核心实现
    • cpu.cc: CPU核心的主要实现
    • fetch.cc: 取指单元
    • decode.cc: 解码单元
    • rename.cc: 重命名单元
    • dispatch.cc: 分发单元
    • issue.cc: 发射单元
    • execute.cc: 执行单元
    • writeback.cc: 写回单元

3. 分支预测器

  • src/cpu/pred/: 分支预测器实现
    • BTB-based：基于传统BTB的设计
    • 详细内容查看BranchPredictor.py 中的DecoupledBPUWithBTB 模块

4. 内存系统

  • src/mem/: 内存系统实现
    • cache.cc: 缓存实现
    • prefetch/: 预取器实现
    • page_table.cc: 页表实现

5. RISC-V架构支持

  • src/arch/riscv/: RISC-V架构实现
    • decoder.cc: 指令解码器
    • registers.cc: 寄存器实现
    • isa.cc: 指令集实现

使用说明

环境要求

  • Ubuntu 20.04/22.04
  • Python 3.8（推荐使用conda环境）
  • 其他依赖见README.md

构建步骤

  1. 安装依赖
  2. 克隆并构建DRAMSim3
  3. 构建GEM5
  4. 设置环境变量
  5. 运行模拟器

详细步骤请参考README.md中的说明。