一、项目背景
香山高性能 RISC-V 开源项目，自 2019 年启动以来，已迭代多个架构版本，性能逐步提升至国际主流水平。该项目采用开源协作模式，吸引了全球开发者参与，并成功运行 Linux 系统，验证了其工业可用性。
2025 年，香山进入“交付年”，其最新架构在性能、功耗和面积（PPA）优化上取得显著进展，成为国产芯片自主创新的重要突破。目前，香山已获产业界应用，并融入国际主流工具链生态，推动中国在全球 RISC-V 领域的影响力。
作为开源芯片标杆，香山不仅助力国产芯片自主可控，也为全球 RISC-V 生态发展贡献了中国方案。
二、总体开发框架介绍
香山开源仓库提供处理器仿真原型平台以及功能验证框架，并进行性能分析。
用户可以基于该平台定制化处理器IP交互功能
开源代码链接：https://github.com/OpenXiangShan/XiangShan
文档链接：https://docs.xiangshan.cc/zh-cn/latest/
（1）核心使用工具
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Chisel（基于 Scala）
● 香山的全部硬件代码（流水线、缓存等）均使用 Chisel3 编写，通过 Scala 的面向对象和函数式特性实现模块化设计。
● 优势：减少传统 Verilog 的冗余代码，支持参数化设计和高级抽象（如面向对象继承、生成器模式）。
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Verilator
● 用于将生成的 Verilog 代码转换为高性能 C++ 仿真模型，支持快速功能验证和性能分析。
● 香山提供定制化的仿真器 ./build/emu，支持多线程和缓存行为模拟。
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Git & GitHub
● 代码托管和版本管理，支持社区协作（Pull Request、Issue 跟踪）。
（2）举例一个迭代工作流
这一节介绍一些香山代码库的脚手架，并将这些脚手架的使用关系串联起来
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Difftest（差分测试框架）
● 通过对比香山仿真结果与 QEMU/Spike 等标准模拟器的输出，验证指令执行的正确性。
● 关键目录：difftest/src（测试用例和比对逻辑）。
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NEMU（指令集模拟器）
● 作为差分测试的参考模型，确保硬件行为符合 RISC-V 规范。
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GDB（软件断点调试工具）
● 支持连接 OPENOCD <> gdb 进行仿真以及回片的软件调试。
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LightSSS（轻量级 Bug 定位工具）
● LightSSS 是香山团队开发的调试工具，用于快速定位 RTL 仿真中的逻辑错误，支持波形对比和信号追踪。
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Waveform 工具（GTKWave/DVE）
● 用于调试仿真生成的波形文件（如 vcd 或 fsdb）。
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OpenLC（CHI 版本香山自测试框架）
● OpenLC 是香山处理器（CHI 架构版本）的自动化自测试框架，专为验证香山 RISC-V 核的缓存一致性协议（CHI） 和多核协同逻辑而设计。
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DRAMSim3（内存系统仿真）
● 用于模拟现代 DRAM 设备（如 DDR4、LPDDR5）的时序行为，支持与 GEM5 集成，提供精确的内存访问延迟和功耗分析。
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GEM5（性能架构分析）
● 支持多种 CPU 模型（Atomic、Timing、O3）和内存系统（Ruby、Classic），适用于性能分析和架构探索。
……
上文的工具脚手架通过功能和使用场景串联后，构建如下图功能/性能迭代示意图。
三、开启第一次仿真
（1）列出香山开源代码库教程索引：
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香山新手村入门教程（附带启动 docker）
YAMLhttps://www.gitlink.org.cn/OSchip/HowtoUseXiangShan/about
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官方教程索引
YAMLhttps://docs.xiangshan.cc/zh-cn/latest/
其中教程 1 中提供了一键的 docker 的使用方案，可以快速进行香山代码测试。
下文结合香山新手村 docker 使用方法做介绍：
（2）推荐电脑配置
? 操作系统：Windows 11
? CPU：不做强制性要求，但是性能越高越好
? 内存：推荐 32G+（过低会导致 java 编译爆栈）
? 整合包推荐放在固态硬盘中
（3）第一次打印
使用如下命令可以在 docker 内进行第一次仿真
Shell# 进入香山目录cd /root/XiangShan/# 设置环境变量export NOOP_HOME=$(pwd)export NEMU_HOME=$(pwd)# 仿真运行coremark./ready-to-run/emu_master -i ready-to-run/coremark-2-iteration.bin --diff ready-to-run/riscv64-nemu-interpreter-so 2> perf.log
步骤解析
1. docker 内 ready-to-run 文件夹包含编译好的可执行程序。
2. emu_master 为使用 verilator 工具将仿真平台编译成的可执行 C 程序。
3. coremark-2-iteration.bin 是基准测试程序。
4. --diff 开启仿真平台对比检查功能，并接收 NEMU 参考模型的程序路径。
5. 2> perf.log 性能计数器等信息会通过调试日志打印。
串口打印
四、总结
本文深度剖析香山开源 RISC-V 处理器的技术架构与开发工具链：
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1. 核心开发框架
● 基于 Chisel 硬件构造语言实现模块化设计，显著提升开发效率
● 完整验证体系：集成差分测试（Difftest）、轻量级调试（LightSSS）和波形分析工具
● 性能优化方案：支持 DRAMSim3 内存仿真与 GEM5 架构探索
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2. 关键技术组件
● 采用 Verilator 将 Verilog 转换为高性能 C++ 仿真模型
● 提供 NEMU 指令集模拟器作为黄金参考模型
● 支持 OpenOCD+GDB 硬件调试方案
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3. 开发者工具链
● Docker 化开发环境，一键运行 CoreMark 基准测试
● 完整文档覆盖从 RTL 仿真到硅后调试全流程
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4. 技术资源
● 开源仓库：GitHub/OpenXiangShan
● 详细文档：docs.xiangshan.cc
香山项目通过创新的技术架构和完整的工具链，为 RISC-V 开发者提供了高性能处理器开发平台。
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