Ubuntu 下使用 Scons 交叉编译嘉楠堪智 CanMV K230 大小核 Coremark 程序

在 Ubuntu 下使用 SCons 进行交叉编译嘉楠堪智 CanMV K230 大小核（不同的玄铁 C908 核心）的 C 程序，以 Coremark 程序为例，顺便测试一下大小核和编译器的性能。

2024年3月14日，嘉楠科技宣布推出了全球首款支持 RISC-V Vector 1.0 标准的商用量产端侧 AIoT 芯片 K230，我们顺便了解一下其采用的玄铁 C908 核心，并测试一下实际的表现。

玄铁 C908 采用 9 级双发按序流水线，典型工作频率＞2GHz，通过指令融合技术进一步提升流水线效率，实现了卓越的能效比。兼容 RVA22 标准，同时兼容 RISC-V 最新 Vector1.0 标准以进一步提升 AI 算力。可以应用在行业 IPC、智能交互、AR/VR、无线通讯等场景。

阿里 T-Head 提供了与 C906 单发按序处理器的性能对比：

玄铁 C908 的运行频率最高可达 2GHz，采用的是台积电 12 纳米工艺，单核动态功耗低至 52.8mW/GHz。在相同频率和工艺限制的典型场景下，玄铁 C908 的能效比玄铁 C906 提升了 20% 以上。

RISC-V Vector Extension 1.0 确实有助于 AI 工作负载，在相同条件下，对使用 INT4 数据类型的唤醒词检测、图像分类、关键字定位和 MLPerf 微型 V0.7 推理性能测试的异常检测中，C908 比 C906 快了大约 2 到 3.5 倍。

一、安装 SCons：

可以使用 apt 包管理器安装 SCons：

sudo apt update

sudo apt install scons

二、准备交叉编译工具链：

k230_sdk 中提供了工具链，buildroot package 和 AI package，可用如下命令下载：

cd k230_sdk

source tools/get_download_url.sh && make prepare_sourcecode

嘉楠堪智 CanMV K230 大小核是不同的玄铁 C908 核心，嘉楠给出了不同的工具链：

大核 rt-samrt 工具链：

k230_sdk/toolchain/riscv64-linux-musleabi_for_x86_64-pc-linux-gnu

这个工具链使用 Musl libc 作为 C 标准库，而不是更常见的 glibc。Musl libc 是一种轻量级的 C 库，旨在提供与 glibc 类似的 API，但更小、更快、更简单，非常适合嵌入式系统或需要减少程序大小的环境。

小核 linux 工具链：

k230_sdk/toolchain/Xuantie-900-gcc-linux-5.10.4-glibc-x86_64-V2.6.0

这个工具链使用 glibc 作为 C 标准库。glibc 是 Linux 系统上最常用的 C 标准库，提供了丰富的功能和良好的兼容性。

也可通过以下链接下载工具链：

wget https://download.rt-thread.org/rt-smart/riscv64/riscv64-unknown-linux-musl-rv64imafdcv-lp64d-20230222.tar.bz2

wget https://occ-oss-prod.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/resource//1659325511536/Xuantie-900-gcc-linux-5.10.4-glibc-x86_64-V2.6.0-20220715.tar.gz

三、准备 Coremark 程序

1. 下载代码

git clone https://github.com/eembc/coremark.git

cd coremark/

2. 移植代码

将 simple 目录下的 core_portme.c 和 core_portme.h 拷贝到当前 coremark 目录下，按照下面做修改：

四、编写 SConstruct 文件：

SConstruct 文件是 SCons 的构建脚本。编写一个 SConstruct 文件，指定源文件、构建目标、编译器和其他构建选项。

1. 小核 Linux 的 SConstruct 文件

如下所示：

# 引入SCons的环境  
import os  
  
# 交叉编译工具链的路径  
toolchain_path = '/home/xu/k230_sdk/toolchain/Xuantie-900-gcc-linux-5.10.4-glibc-x86_64-V2.6.0/bin'  
  
# 设置环境变量  
env = Environment(ENV={'PATH' : os.environ['PATH'] + ':' + toolchain_path})  
  
# 设置交叉编译器  
env['CC'] = 'riscv64-unknown-linux-gnu-gcc'  
env['LINK'] = '$CC'  
  
# 添加编译和链接选项（根据你的需要调整）  
#env['CFLAGS'] = ['-mcmodel=medany', '-march=rv64imafdcv', '-mabi=lp64d']  
#env['LINKFLAGS'] = env['CFLAGS']  

env.Append(CCFLAGS=['-O2'])
#env.Append(DEFS=['PERFORMANCE_RUN=1', 'ITERATIONS=100000'])

# 假设你的CoreMark源文件在'src'目录下  

src_files = Glob('*.c') 
  
# 构建程序（假设你的目标文件名为'coremark'）  
env.Program(target='coremark_linux.elf', source=src_files)

2. 大核 RT- smart 的 SConstruct 文件:

如下所示：

# 引入SCons的环境  
import os  
  
# 交叉编译工具链的路径  
toolchain_path = '/home/xu/k230_sdk/toolchain/riscv64-linux-musleabi_for_x86_64-pc-linux-gnu/bin'  
  
# 初始化环境变量  
env = Environment(tools=['default', 'gcc'], ENV={'PATH' : os.environ['PATH'] + ':' + toolchain_path})  
  
# 设置交叉编译器  
env['CC'] = 'riscv64-unknown-linux-musl-gcc'  
env['LINK'] = '$CC'  
#设置编译器标志
env.Append(CCFLAGS=['-O2','-mcmodel=medany', '-march=rv64imafdcv', '-mabi=lp64d'])
#设置链接器标志
env.Append(LINKFLAGS=['-mcmodel=medany', '-march=rv64imafdcv', '-mabi=lp64d',
                     '-T', '/home/xu/k230_sdk/src/big/mpp/userapps/sample/linker_scripts/riscv64/link.lds',
                     '-L/home/xu/k230_sdk/src/big/rt-smart/userapps/sdk/rt-thread/lib',
                     '-Wl,--whole-archive', '-lrtthread', '-Wl,--no-whole-archive',
                     '-n', '--static'])
                     
env['CPPPATH'] = ['#']  # 如果有头文件路径需要添加  
env['LIBPATH'] = [  
#    '/home/xu/k230_sdk/src/big/rt-smart/userapps/sdk/rt-thread/lib',  
    '/home/xu/k230_sdk/src/big/rt-smart/userapps/sdk/lib/risc-v/rv64',  
    '/home/xu/k230_sdk/src/big/rt-smart/userapps/sdk/rt-thread/lib/risc-v/rv64'  
]  
env['LIBS'] = ['rtthread']  
env['RPATH'] = []  # 如果有需要添加的运行时搜索路径  
  
# 添加源文件  
src_files = Glob('*.c')  # 假设CoreMark源文件在目录下  
  
# 设置链接选项（针对-Wl, --whole-archive 和 -Wl, --no-whole-archive）  
#env.Append(LINKFLAGS=['-Wl,--whole-archive', '-lrtthread', '-Wl,--no-whole-archive'])  
#env.Append(LINKFLAGS=['-Wl,--start-group', '-lrtthread', '-Wl,--end-group'])  
  
#编译源文件
#objects = [env.Object(file) for file in src_files]
  
# 构建程序  
env.Program(target='coremark_rt.elf', source=src_files)  
  
# 如果需要额外的构建步骤或目标，可以在这里添加

编译参数：

-mcmodel=medany:
- mcmodel 代表“代码模型”（code model）。在 RISC-V 架构中，代码模型决定了代码和数据的布局方式，以及编译器如何生成对它们的引用。
- medany 程序及其静态定义的符号必须位于单个4 GiB地址范围内。使用 auipc 和 addi 指令对来生成地址。使用 auipc 指令取符号地址的高 20 位。auipc 配合其它包含低 12 位立即数的指令后，可以访问当前 PC 的前后 2GiB (PC - 2GiB ~ PC + 2GiB) 的地址空间。程序可以是静态链接或动态链接。
- medlow 程序及其静态定义的符号必须位于单个2 GiB地址范围内，并且必须位于 -2 GiB 到 +2 GiB 的绝对地址之间。使用 lui 和 addi 指令对来生成地址。使用 lui 指令取符号地址的高 20 位。 lui 配合其它包含低 12 位立即数的指令后，可以访问的地址空间是 -2GiB ～ 2GiB。程序可以是静态链接或动态链接。
-march=rv64imafdcv:
- march 标志用于指定RISC-V架构的版本或变种。
- rv64imafdcv 指示编译器生成针对64位RISC-V（RV64）的代码，并且包含I（基本整数指令集）、M（乘法/除法指令）、A（原子指令）、F（单精度浮点指令）、D（双精度浮点指令）、C（压缩指令集）和V（向量指令集）等指令集的代码。
- 这个选项确保你的代码可以利用 RISC-V 的这些特定功能，从而可能提供更好的性能或功能。
-mabi=lp64d:
- mabi 标志用于指定应用程序二进制接口（ABI）。ABI 定义了如何在机器代码级别上调用函数、传递参数、返回结果以及数据的内存布局。
- lp64d 是一种ABI，其中 “lp64” 表示 longs 和指针都是 64 位，而 “d” 表示双精度浮点数是 64 位。这是 RISC-V 架构中常用的 ABI 之一，它提供了与许多其他 64 位架构（如x86_64）相似的数据模型。

五、运行 Scons 编译：

进入 k230_sdk/src/big/rt-smart/userapps 目录，编译程序：

xu@HP:~/k230_sdk/src/big/rt-smart/userapps$scons --directory=coremark

小核 Linux 编译：

大核 RT- smart 编译：

六、运行 coremark：

标号为 USB 的端口连接到电脑后，会识别为 U 盘 CanMV ，把产生的文件拷贝到 U 盘上：

在串口终端里，ttyACM1 对应 Linux 小核，ttyACM2 对应 rt-smart 大核，可以通过 sharefs 目录交换文件：

小核 Linux 执行程序:

./coremark_linux.elf

大核 RT- smart 执行程序:

msh /sdcard/app>./coremark_rtO3.elf

七、小结：

阿里 T-Head 表示，玄铁 C908 的性能介于 2020 年和 2019 年分别推出的 C906 和 C910 内核之间。玄铁 C906 的 coremark 分数是：3.40 CoreMark/MHz，玄铁 C910 的 coremark 分数是：7.10 CoreMark/MHz，StarFive U74 的 coremark 分数是：5.09 CoreMark/MHz，玄铁 C908 小核的 coremark 分数是：4.29 CoreMark/MHz？

嘉楠堪智 CanMV K230 800MHz 小核的 coremark 分数是：3433（4.29 CoreMark/MHz），1.6GHz 大核的 coremark 分数是：4522（2.83 CoreMark/MHz）？（不知道哪个设置有问题，应该是：8368（5.23 CoreMark/MHz））

老徐，2024/5/8