【一生一芯】Chap.1 “一生一芯”实验环境配置| VMware安装Ubuntu20.04 | PA工程配置 | 解决llvm版本问题

前言：搞环境搞了三个晚上，解决了llvm的问题，成功下载“一生一芯”框架代码即南大计算机PA，成功编译运行。

PA0 - 世界诞生的前夜: 开发环境配置

PA0的讲解实验讲义

0. 什么是PA？

  PA：(Programming Assignment)。是一个小型项目，来自于南京大学计算机科学与技术系《计算机系统基础课程》，指导学生实现一个经过简化但功能完备的x86/mips32/riscv32(64)模拟器NEMU(NJU EMUlator), 最终在NEMU上运行游戏"仙剑奇侠传", 来让学生探究"程序在计算机上运行"的基本原理。
  PA包括一个准备实验(配置实验环境)以及5部分连贯的实验内容:

• 图灵机与简易调试器
• 冯诺依曼计算机系统
• 批处理系统
• 分时多任务
• 程序性能优化
  做PA的终极目标是通过构建一个简单完整的计算机系统, 来深入理解程序如何在计算机上运行。只有去尝试理解并掌握计算机系统的每一处细节, 才能一步步完成PA。

1. 安装VMware+Ubuntu 20.04

1.1 ubuntu版本选择20.04

官方教程中说推荐Ubuntu 21.04，实际上并不适合我，我最终选择了Ubuntu 20.04，并有如下几点原因：

1. 由于Ubuntu的21.04版本是去年的版本，由于它并非一个长期支持版本（LTS），自 2021 年 4 月 22 日正式发布，其支持周期仅有 9 个月时间，其支持周期也在今年正式结束。一般而言，选择LTSC版，这是长期服务版，会注重稳定性和修复错误。Ubuntu 20.04 正式版本已经发布，这是一款LTS版本，也就是长期支持版本，Ubuntu 长期支持版本官方一般支持为5年，而20.04版本会支持到2032年。
   
2. 更新版本的操作系统更“吃”电脑硬件性能，而我的笔记本比较旧了我怕会卡，所以不打算选择今年出来的22.04。
3. 根据我玩树莓派的经验，一般高版本可以支持低版本的东西，而低版本不太支持高版本的东西。不过这个应该在学习初期没什么太大影响。
4. 我的电脑上已经有了14.04（三年前跑TX2刷机用过）、16.04（TX2、jetson NANO刷机用过）、18.04（本科毕设部署了蜂鸟E203的相关工具）、还有一个CentOS7（芯王国大佬的IC_EDA环境）。打算把这个20.04可以作为我专门学习“一生一芯”的平台。
   
5. 助教曾推荐Ubuntu20.04

记录下安装成功这一美好的时刻^-

参考链接:

• 虚拟机VMware安装Ubuntu20.04
  
• Vmware 安装 ubuntu 系统详细步骤
• VMware虚拟机安装Ubuntu20.04详细图文教程

1.2 安装VMtools——实现复制粘贴

安装步骤:VMware安装VMware Tools(ubuntu 20.04)
  系统安装完成之后，可以看到Ubuntu 20.04系统界面没有全屏展示，虚拟机和物理机之间也不能相互拖拽、粘贴、复制内容，下面就需要安装VMware工具，来实现上述功能。

  目前VMware工具存在两种:传统的VMware Tools和开源的open-vm-tools。VMware Tools经常会出现兼容性不好，系统之间复制文件失灵，并且安装时提示建议使用open-vm-tools，于是放弃vmware-tools的安装，尝试使用open-vm-tools
  open-vm-tools 是 VMware Tools 的开源实施，由一套虚拟化实用程序组成，这些程序可增强虚拟机在 VMware 环境中的功能，使管理更加有效。open-vm-tools 的主要目的是使操作系统供应商及/或社区以及虚拟设备供应商将 VMware Tools 绑定到其产品发布中。从Ubuntu14.04开始open-vm-tools 代替了官方 VMware Tools。

  需要注意的是

1. 复制VMwareTools-10.3.22-15902021.tar.gz出来需要sudo权限
2. 解压是-zxvf不是-zcvf

tar -zxvf  VMwareTools-10.3.22-15902021.tar.gz 
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然后就可以复制粘贴啦

1.2 启动共享文件夹

u20.04如何与windows10设置共享文件夹
Windows与Ubuntu主机与虚拟设备直接复制粘贴得先开启VMwareTools。

这里有个坑爹的问题，就是我想复制粘贴，得安装VMware工具，但是因为没有换源所以无法下载，换源需要打很多字，所以需要复制粘贴。我的解决办法是，写好这些东西，直接通过共享文件夹在虚拟机里面打开
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1.3 换源

  Ubuntu默认使用的是Ubuntu官方的软件源，远在国外，速度很慢，可以换成国内源。
参考链接：ubuntu20.04 国内软件源更新

2. 安装PA项目中所需的软件

2.1 安装Vim

Ubuntu 20.04 配置vim编辑器

sudo apt install vim
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然后再配置一下

2.2 安装Git

教程：Ubuntu20.04安装Git

2.3 安装4.210版本Verilator

# Prerequisites:
sudo apt-get install git perl python3 make autoconf g++ flex bison ccache
sudo apt-get install libgoogle-perftools-dev numactl perl-doc
sudo apt-get install libfl2  # Ubuntu only (ignore if gives error)
sudo apt-get install libfl-dev  # Ubuntu only (ignore if gives error)
sudo apt-get install zlibc zlib1g zlib1g-dev  # Ubuntu only (ignore if gives error)
 
git clone https://github.com/verilator/verilator   # Only first time
 
# Every time you need to build:
unsetenv VERILATOR_ROOT  # For csh; ignore error if on bash
unset VERILATOR_ROOT  # For bash
cd verilator
git pull         # Make sure git repository is up-to-date
git tag          # See what versions exist
#git checkout master      # Use development branch (e.g. recent bug fixes)
#git checkout stable      # Use most recent stable release
git checkout v4.210  # Switch to specified release version
 
autoconf         # Create ./configure script
./configure      # Configure and create Makefile
make -j `nproc`  # Build Verilator itself (if error, try just 'make')
sudo make install
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参考链接：Unbuntu21.04安装Verilator --4.210 、 EDA开源仿真工具verilator入门1：安装和测试

成功！

2.4 安装实验 PAs所需工具

cd ~
sudo su
apt-get install build-essential    # build-essential packages, include binary utilities, gcc, make, and so on
apt-get install man                # on-line reference manual
apt-get install gcc-doc            # on-line reference manual for gcc
apt-get install gdb                # GNU debugger
apt-get install git                # revision control system
apt-get install libreadline-dev    # a library used later
apt-get install libsdl2-dev        # a library used later
####### apt-get install llvm
apt-get install llvm-11               # llvm project, which contains libraries used later
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这里有个坑，官方讲解文档里，如果直接apt-get install llvm 会下载成10.0.0而本实验需要llvm-11。官方给的方法是，还是建议直接下成llvm-11。请见下节讲解。

3. 下载"一生一芯"框架代码

3.1 首先需要注册一个github账号

3.2 在github上添加SSH key

参考链接：在github上添加SSH key 、Github配置ssh key的步骤（大白话+包含原理解释）

3.3 获取一生一芯工程项目

可以先浏览一下子源工程:
  配置好SSHkey后，就可以git clone了。
  为了方便，我选择在根目录新建一个ysyx的文件夹用于存放一生一芯相关的东西。

操作：

mkdir ysyx
cd ysyx
git clone -b ysyx2204 git@github.com:OSCPU/ysyx-workbench.git
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3.4 发出以下命令来执行git配置：

cd ysyx-workbench
git config --global user.name "22050047-Ren Jianjie" # your student ID and name
git config --global user.email "jiemsd@outlook.com"   # your email
git config --global core.editor vim                 # your favorite editor
git config --global color.ui true
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3.5 修改README添加学号信息

• 将PA讲义中的ics2022看成是ysyx-workbench
• 修改ysyx-workbench/Makefile中的学号和姓名时, 请使用"一生一芯"的学号和真实姓名

3.6 激活实验环境

git branch -m master
bash init.sh nemu
bash init.sh abstract-machine
source ~/.bashrc

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3.7 编译 NEMU

cd ~/ysyx/ysyx-workbench/nemu
make menuconfig
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点击“右”键，选择EXIT然后YES

然后编译

make
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这里会出现 #error Please use LLVM with major version >= 11

3.8 解决llvm版本的报错

解决问题参考链接：

1. 官方文档，在使用git那里
2. Linux相关总结-BUG及解决方案：3-llvm报错，no such file or dictionary
3. sashimi-yzh的解答

  这个文档相当有迷惑性，我一度以为是要把这些全部都复制粘贴到/nemu/src/utils/filelist.mk里面。ps，请原谅我linux并不熟练的操作。

nano ~/ysyx/ysyx-workbench/nemu/src/utils/filelist.mk
# 这里是编写filelist.mk
# 首先得安装高版本的：sudo apt-get install llvm-11-dev
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直接把文档里的llvm-config全部换成llvm-config-11

编写前

编写后

然后直接make，编译成功啦！！没有llvm报错

3.9 运行NEMU、gdb调试NEMU

cd ~/ysyx/ysyx-workbench/nemu
make run
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#这里是gdb调试
make gdb
#如果想退出，就输入q再回车

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3.10 编译成功后，发展追踪

编译成功后，源代码的变化将通过git. 类型

git log
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后记

至此，利用了VMware安装了Ubuntu20.04成功；完成了 “一生一芯”实验环境配置；获得了PA的源代码；解决llvm版本问题！