Gem5 Garnet互连网络环境安装与程序测试

1. 背景

Gem5模拟器是计算机系统体系结构研究的模块化平台，包括系统级体系结构和处理器微体系结构。Gem5最初是为学术界的计算机体系结构研究而设计的，但它已被学术界、研究行业和教学界用于计算机系统设计。

Gem5的官网：https://www.gem5.org/
Gem5的github：https://github.com/gem5/gem5

Garnet是Gem5中的互连网络模型，会随着Gem5的更新而更新。目前最新版本Gem5所包含的Garnet版本是Garnet 3.0（划重点，后面会用到），也就是HeteroGarnet。

参考网址：https://www.gem5.org/2020/05/27/heterogarnet.html
参考视频：https://www.youtube.com/embed/AH9r44r2lHA

Heterogrante改进了广受欢迎的Garnet2.0网络模型，实现了对新兴互连系统的精确模拟。具体而言，Heterogrante增加了对时钟域孤岛（clock-domain islands）、支持多个频域的网络交叉点（network crossings）以及能够连接到多个物理链路的网络接口控制器的支持。它还通过引入新的可配置SerDes组件来支持可变带宽链路和路由器。

**Garnet的参考论文：**Bharadwaj S, Yin J, Beckmann B, et al. Kite: A family of heterogeneous interposer topologies enabled via accurate interconnect modeling[C]//2020 57th ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC). IEEE, 2020: 1-6.

2. Garnet的网络教学资源

通过最近对软件定义晶上系统（Software Defined System on Wafer，SDSoW）、以及chiplet系统的研究，发现许多高水平论文均使用Garnet作为互连（Interconnection）系统的仿真软件。而Garnet的网络教学资源相对较少，且更新不够及时，现有的主要资源如下：

地址：https://www.gem5.org/documentation/general_docs/ruby/garnet-2/

主要缺点：仍然处于Garnet2.0阶段，然而最新代码已经是Garnet3.0（Heterogrante），导致部分代码和现有文档不对应

课程链接：https://tusharkrishna.ece.gatech.edu/teaching/icn_s22/

实验链接：https://tusharkrishna.ece.gatech.edu/teaching/garnet_gt/

目前最新的是2022年春季的课程，有条件的可以学一下，里面有PPT和NoC实验，但是实验中的Gem5版本比较陈旧。

3. Gem5的下载、编译及运行

这部分参考Gem5的官方文档进行配置：

https://www.gem5.org/documentation/general_docs/building

以本机所在的Ubuntu 18.04为例，需要配置的依赖有（Gem5版本高于v21.0）：

git : gem5 uses git for version control.
gcc: gcc is used to compiled gem5. Version >=7 must be used. We support up to gcc Version 11.
Clang: Clang can also be used. At present, we support Clang 6 to Clang 11 (inclusive).
SCons : gem5 uses SCons as its build environment. SCons 3.0 or greater must be used.
Python 3.6+ : gem5 relies on Python development libraries. gem5 can be compiled and run in environments using Python 3.6+.
protobuf 2.1+ (Optional): The protobuf library is used for trace generation and playback.
Boost (Optional): The Boost library is a set of general purpose C++ libraries. It is a necessary dependency if you wish to use the SystemC implementation.

可以在终端中进行安装：

此外，推荐安装pydot，这样能够在仿真时同步生成系统结构图，pydot的链接是https://pypi.org/project/pydot/#description

首先将pydot从上面的网址下载下来，而后解压后在目录内执行

从Gem5的Github上对项目进行clone：

这里输入回车确定，然后进入编译流程，时间可能比较长

可以利用脚本文件自动收集所关注的参数，参考实验课程中的extract_network_stats.sh，其代码如下，可以自行复制保存到gem5的根目录中

4. 基于8*8 Mesh NoC同构网络的demo仿真

项目	参数
网络类型	garnet
源节点数量	64
目的节点数量	64
拓扑类型	Mesh_XY
规模	8*8
仿真周期	10000
vnet注入参数	0
注入率	0.02
流量类型	uniform_random