简介
开始
- 安装ARMIE
- - 安装之前
  - 安装步骤
  - 安装之后
- 开始使用ARM 指令模拟器
- - 开始之前
  - 步骤
  - 示例：编译并执行一个“Hello World”程序
  - 示例：编译，向量化和执行有SVE代码的程序
  - 下一步
  - 相关概念
  - 相关指南
  - 相关信息
- 疑难解答：Use -s
- - `-S`和`--show-drrun-cmd`选项
  - 联系Arm Support
教程
- 使用Arm指令仿真器分析SVE程序

简介

这篇指南描述如何入门并使用Arm指令模拟器（Arm Instruction Emulator, ArmIE）。Arm指令模拟器是一款跑在AArch64（也就是Arm64）平台上的软件工具，用来模拟SVE（Scalable Vector Extension）指令集。想了解SVE可以去看看，我翻译的另一篇《SVE(Scalable Vector Extension)简介》。Arm指令模拟器使你可以在没有SVE支持的硬件上跑编译好的SVE应用的二进制程序。

开始

本节介绍如何安装和开始使用 Arm® 指令仿真器。
Arm 指令仿真器 (armie) 是一个仿真器，可在任何基于 Armv8-A 的 AArch64 平台上运行，并模拟可扩展向量扩展 (SVE) 指令。 Arm 指令仿真器让您无需访问支持 SVE 的硬件即可开发 SVE 代码。

安装ARMIE

安装之前

确保Environment Modules或者Lmod Environment Modules system已经在你的机子上安装。关于如何安装Environment Modules的信息，可以参考Arm Alinea Studio environment configuration documentation文档。

安装步骤

下载合适你Linux主机平台的Arm指令模拟器包。可以在Arm Instruction Emulator 下载页下载指令模拟器。
提取下载好的包：
```
tar -xvzf <package_name>.tar.gz
```
将<package_name>替换为下载包的全名。
可以进入到提取的包目录下查看文件：
```
cd <package_name>
```
以特权用户身份运行安装脚本：
```
sudo ./arm-instruction-emulator-22.0*_aarch64-linux-rpm.sh <option> <option>
```
其中<option>是指安装脚本所支持的选项。支持的选项包括：
-a, --accept 自动接受 EULA（EULA 仍然显示）。【译者注：End User License Agreement (EULA) ，最终用户许可协议】
-i, --install-to <location> 安装到给定目录，如果你没有sudo权限安装到/opt/arm或其他非用户目录，可以使用这个选项。
-f, --force 强制对非空目录进行安装尝试。
-h, --help 在终端中以帮助消息的形式显示此表。
如果没有应用选项，那么你将执行一个默认的安装，安装包会被解包到/opt/arm/<package_name>。如果你使用-i(或者--install-to)选项指定一个自定义的安装路径，例如<install-dir> ：
```
./<package_name>.sh --install-to <install_dir>
```
那么安装包将会被安装到<install_dir>。

注意
如果你使用了--install-to选项，则需要手动使其他用户可以使用安装和模块文件（如果他们需要）。
【译者注】我理解就是添加其他用户的权限，使得其他用户也可以有使用和访问的权限。
除非您包含 -a（或 --accept）选项，否则安装程序会显示 EULA 并提示您同意这些条款。要同意，请在提示符下键入“yes”。有关发行内容的更多信息，请参阅位于 <install-dir>/<package_name> 目录中的发行说明。

安装之后

ARMIE安装成功之后，接下来需要：

配置你的Linux环境：
1. 要查看系统上可用的环境模块，请运行：
```
module avail
```
2. 如果你没有看到ARMIE的环境模块，请配置MODULEPATH环境变量，把ARMIE安装路径添加进去：
```
export MODULEPATH=$MODULEPATH:<install-dir>/modulefiles/
```
  然后再次坚持一下系统上是否有可用的环境模块:
```
module avail
```
3. 为系统中的处理器和您正在使用的编译器加载适当的 Arm 指令仿真器模块：
```
module load armie<major-version>/<package-version>
```
  其中，<package-version>是<major-version>.<minor-version>{.<patch-version>}.。例如：
```
module load armie22/22.0
```
  Tip:把module load 命令加入你的.profile中，每次登陆即可自动加载
4. 检查你的PATH环境变量，它应该包含来自 <install-dir>/ 的 Arm 指令仿真器 bin 目录：
```
echo $PATH /opt/arm/arm-instruction-emulator-22.0_Generic-AArch64_RHEL-8_aarch64-linux/bin64:...
```
要学习如何使用Arm指令模拟器，可以去查阅 Get started with Arm Instruction Emulator.
有关 Arm 提供的服务器套件和高性能计算 (HPC) 工具使用的环境变量的信息，请参阅环境变量参考主题。
要卸载ARMIE，执行位于<install-dir>/arm-instruction-emulator-<version>_<microarch>_<OS>-<OS_Version>_aarch64-linux/uninstall.sh的uninstall.sh脚本。

开始使用ARM 指令模拟器

这篇教程用了几组简单示例来说明如何编译SVE代码以及如何使用 Arm® 指令仿真器运行生成的二进制文件。

开始之前

本次任务使用Arm Compiler for Linux(Arm Allinea Studio的一部分)作为编译器。另外，你也可以使用GCC作为编译器。如果你想使用Arm Compiler for Linux，下载并安装适用你的平台的Arm Compiler for Linux。

加载适用你平台的ArmIE模块。

module load armie<major-version>/<package-version>

步骤

编译你的源代码，生成一个可执行的二进制文件
用ARMIE执行二进制。选择下面任意一种方式：
1. 激活ARMIE，并指定要使用的向量长度：
```
armie -msve-vector-bits=<length> ./<binary>
```
2. 使用检测 (-i) 或仿真 (-e) 客户端调用 Arm 指令仿真器，并指定要使用的向量长度：
```
armie -msve-vector-bits=<arg> -e <emulation_client> -i <instrumentation_client> -- ./<binary>
```
  检测和仿真客户端使您能够提取有关执行二进制文件的数据。

示例：编译并执行一个“Hello World”程序

在这个例子中，你将用C写一个简单的“Hello World”程序，并用Arm Compiler for Linux编译，然后使用ARMIE执行。这个例子并不包含SVE代码。

加载适用于你平台的Arm Compiler for Linux。
```
module load acfl/<package-version>
```
其中，<package-version>是<major-version>.<minor-version>{.<patch-version>}。例如：
```
module load acfl22/22.0
```

创建一个简单的Hello World程序，并将其保存到hello.c文件里。

/* Hello World */
#include <stdio.h>
int main()
{printf("Hello World\n");return 0;
}

为了生成一个可执行二进制，用Arm C/C++ 编译器编译你的程序。
```
armclang -O3 -march=armv8-a+sve -o hello hello.c
```
-O3选项开启最高级别优化，确保自动向量化被开启。-march=armv8-a+sve选项定位目标硬件为Armv8-A架构，并在可执行二进制中生成SVE指令。

注意
在这个例子中，没有使用SVE代码。但是，在编译要使用 Arm 指令仿真器运行的任何代码时，最好启用最高级别的自动矢量化并以支持 SVE 的架构为目标。
使用Arm指令模拟器执行生成的二进制hello。
```
armie -msve-vector-bits=256 ./hello
```
这将返回：
```
Hello World
```
对于这个简单的Hello World例子，Arm指令模拟器在支持SVE的架构里跑没有SVE指令的代码。要充分发挥 Arm 指令仿真器的潜力，即仿真 SVE 指令，我们必须研究一个更复杂的应用程序。本教程的下一部分提供了一个包含 SVE 代码的应用程序示例。

示例：编译，向量化和执行有SVE代码的程序

加载适用于你平台的Arm Compiler for Linux。
```
module load acfl/<package-version>
```
其中，<package-version>是<major-version>.<minor-version>{.<patch-version>}。例如：
```
module load acfl22/22.0
```

创建一个叫example.c，包含以下代码：

// example.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define ARRAYSIZE 1024
int a[ARRAYSIZE];
int b[ARRAYSIZE];
int c[ARRAYSIZE];
void subtract_arrays(int *restrict a, int *restrict b, int *restrict c)
{for (int i = 0; i < ARRAYSIZE; i++)
{a[i] = b[i] - c[i];
}
}
int main() {for (int i = 0; i < ARRAYSIZE; i++)
{// Generate a random number between 200 and 300b[i] = (rand() % 100) + 200;// Generate a random number between 0 and 100c[i] = rand() % 100;
}
subtract_arrays(a, b, c);
printf("i \ta[i] \tb[i] \tc[i] \n");
printf("=============================\n");
for (int i = 0; i < ARRAYSIZE; i++)
{printf("%d \t%d \t%d \t%d\n", i, a[i], b[i], c[i]);
}
}

这段C代码用两个数组减去相应的元素，并将结果写入到第三个数组中。这三个数组使用restrict关键字声明，它向编译器表明它们在内存中不重叠。

使用Arm C/C++编译器编译C代码。

armclang -O3 -march=armv8-a+sve -o example example.c

用Arm指令模拟器跑二进制。
```
armie -msve-vector-bits=256 ./example
```
这个程序最终返回：
```
i       a[i]    b[i]    c[i]
=============================
0       197     283     86
1       262     277     15
2       258     293     35
\...
1021    165     234     69
1022    232     295     63
1023    204     235     31
```
SVE架构扩展指定一个implemention defined向量长度。msve-vector-bits选项可以给Arm指令模拟器指定需要的向量长度。这个向量长度必须是128bits的倍数，最大不超过2048bits。你可以使用-mlist-vector-lengths选项列出所有有效的向量长度。
```
armie -mlist-vector-lengths
```
返回：
```
128 256 384 512 640 768 896 1024 1152 1280 1408 1536 1664 1792 1920 2048
```
下一步

了解如何使用 Arm 指令仿真器可用的仿真和仪器客户端分析您的应用程序，可以参阅Analyze Scalable Vector Extension (SVE) applications with Arm Instruction Emulator。

疑难解答：Use -s

介绍如何使用 -s 选项更好地了解 Arm® 指令仿真器使用的仿真命令和文件，以及在需要进一步帮助时向 Arm Support 发送什么内容。

`-S`和`--show-drrun-cmd`选项

为了展示 Arm Instruction Emulator 如何使用 DynamoRIO 的 drrun 命令来模拟和检测 SVE 二进制文件，请调用 -s（或 --show-drrun-cmd）选项。

例如，在以下命令行中，libsve_512.so 是 SVE 仿真客户端，libinscount_emulated.so 是检测客户端：

armie -s -msve-vector-bits=512 -i libinscount_emulated.so -- ./example_sve

将会返回：

/path/to/armie/bin64/drrun -client
/path/to/armie/lib64/release/libsve_512.so 0 "" -client
/path/to/armie/samples/bin64/libinscount_emulated.so 1 "" -max_bb_instrs 32 -max_trace_bbs 4 -- ./example_sve
Client inscount is running
. . .

-s 选项可让您了解 Arm 指令仿真器如何使用 DynamoRIO，并可用于将参数和调试选项传递给 DynamoRIO 的 drrun 命令。例如，inscount 客户端有一个 -only_from_app 选项，它只计算应用程序指令并忽略库。使用 drrun 命令传递 -only_from_app 选项：

/path/to/install/bin64/drrun -client
/path/to/install/lib64/release/libsve_512.so 0 "" -client
/path/to/install/samples/bin64/libinscount_emulated.so 1 "-only_from_app" -max_bb_instrs 32 -max_trace_bbs 4 -- ./example_sve

Client inscount is running
955 instructions executed of which 709 were SVE instructions

这表明应用程序使用了 955 条非 SVE 指令，而在计算库指令时为 118497 条。

将命令行参数传递给检测客户端的首选方法是使用 -a 或 --arg-iclient 选项。有关详细信息，请参阅 armie 命令参考。上述使用 drrun 命令的方法在同时需要检测客户端的命令行参数以及 DynamoRIO 的 drrun 命令的参数和调试选项的情况下很有用。

联系Arm Support

在程序崩溃的情况下，操作系统内核会创建一个核心转储文件。此核心转储文件的位置和名称取决于系统的核心转储配置。如果您的配置指定核心转储文件名包含崩溃二进制文件的名称，请注意这是被模拟的可执行文件的名称，而不是 Arm 指令模拟器二进制文件名称 (armie)。

核心转储文件应与 armie --version 的输出一起发送给 Arm 支持。但是，如果您对核心转储文件中的敏感数据存在保密问题，请不要将核心转储发送给 Arm。但是，如果没有核心转储文件，Arm 支持团队可能无法调查您的问题。

需求请求技术支持，请联系 Arm Support。

教程

在这部分，我们学习如何为Arm指令仿真器构建仪表客户端和自定义分析仪表，以及如何适用Arm指令仿真器分析你的SVE应用程序。

使用Arm指令仿真器分析SVE程序

介绍如何使用检测和仿真客户端以及如何使用 Arm® 指令仿真器运行您的应用程序。

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