搭建P4C與P4FPGA聯(lián)合編譯環(huán)境

一、簡介
在2016 SIGCOMM大會上HanW發(fā)表了一篇名為《P4FPGA: High Level Synthesis for Networking》的論文，該論文實現(xiàn)了一個從P4語言到Bluespec的編譯器。這個P4FPGA的工作發(fā)表在會議第一天的NetPL workshop上，P4語言與FPGA的結(jié)合引起了工業(yè)界的重視。因此，本文將分享搭建P4C與P4FPGA聯(lián)合編譯環(huán)境的經(jīng)驗。

二、編譯流程解析
最新更新的P4C支持P4_14和P4_16兩個版本，首先將P4_14和P4_16編寫的P4源程序轉(zhuǎn)換成通用的中間表示IR，然后經(jīng)過前端編譯器生成為通用的后端中間表示IR，最后經(jīng)過不同的后端編譯器生成特定目標(biāo)平臺的代碼。具體流程如圖所示：

其中，P4C源碼中包含3個后端編譯器原型：eBPF、BMv2和p4test。eBPF能夠生成可以擴展Berkeley數(shù)據(jù)包過濾程序的C代碼；BMv2能夠生成可以用BMv2進行簡單的網(wǎng)絡(luò)交換仿真的JSON文件；p4test是一個測試用的后端編譯器。以及可以編寫或定制其他任意的目標(biāo)平臺的后端編譯器。

三、基本環(huán)境配置
系統(tǒng)：Ubuntu 16.04、Ubuntu14.04（以下均在root用戶下操作）
（1）需要安裝boost庫
在P4FPGA的makefile文件中有使用到boost庫，如果缺少boost庫編譯時會報如下錯誤信息：
/usr/bin/ld: cannot find -lboost_system
/usr/bin/ld: cannot find -lboost_filesystem

（2）boost中用到了其他函數(shù)庫，因此需要先安裝依賴庫。
apt-get install mpi-default-dev #安裝mpi庫
apt-get install libicu-dev　　 #支持正則表達式的UNICODE字符集
apt-get install python-dev　　　　#需要python的話
#如果編譯出現(xiàn)錯誤：bzlib.h: No such file or directory
apt-get install libbz2-dev
#如果在安裝以上庫失敗的話可以嘗試更新后再進行安裝。
sudo apt-get update

（3）上述函數(shù)庫裝好之后，就可以編譯boost庫了。boost下載鏈接： https://sourceforge.net/projects/boost/files/boost/1.63.0/boost_1_63_0.tar.gz/download解壓boost_1_63_0.tar.gz到/home/目錄下，執(zhí)行以下操作：
cd /home/boost_1_63_0/
./bootstrap.sh #運行bootstrap.sh腳本

編譯完成后，進行安裝，也就是將頭文件和生成的庫。
./b2 install #安裝boost庫

安裝結(jié)束后在/usr/local/lib和/usr/local/include目錄下生成相應(yīng)庫文件和頭文件。

（4）測試boost庫是否安裝成功
可參考：
重要提示：編譯成功后運行執(zhí)行時，如果出現(xiàn)以下信息
error while loading shared libraries: libboost_system.so.1.63.0: cannot open shared object file: No such file or directory
是因為系統(tǒng)在當(dāng)前注冊的搜索路徑中找不到所需的共享庫。
執(zhí)行以下操作（或在/etc/profile文件添加）：
export LD_LIBRARY_PATH=${LD_LIBRARY_PATH}:/usr/local/lib:/usr/local/include

四、搭建P4C與P4FPGA聯(lián)合編譯環(huán)境
（1）下載P4C與P4FPGA源碼
cd /home/
git clone https://github.com/p4lang/p4c.git
git clone https://github.com/hanw/p4fpga.git

（2）關(guān)鍵一：建立p4c與p4fpga
打開p4c源碼目錄預(yù)編譯：
cd p4c
./bootstrap.sh

運行完后在p4c目錄下會生成build和extensions文件夾。
建立一個軟連接：
ln -s /home/p4fpga/compiler /home/p4c/extensions/c++
（注：在源碼README.md中為ln -s extensions/c++ /c++，筆者在 最新的源碼目錄中并未找到c++目錄，因此認為是作者未及時更新導(dǎo)致）

（3）關(guān)鍵二：需要修改p4fpga中的源文件
文件一：/home/p4fpga/compiler/src/p4-fpga.cpp
編譯報錯信息：
../extensions/c++/src/p4-fpga.cpp:110:17: error: no member named 'verbosity' in 'FPGAOptions'
if (options.verbosity > 0)

說明：筆者認為是由于p4fpga沒有隨著p4c的版本更新進行維護導(dǎo)致，在與options 相關(guān)源碼中并為找到verbosity這個成員，因此這里僅做簡單注釋處理。

將p4-fpga.cpp 中110行和111行注釋：
// if (options.verbosity > 0)
// std::cerr to(); if (p->is()) { auto pp = p->to();

說明：在profile.cpp 第17和18行沒有成員函數(shù)，在P4C相關(guān)源碼中，IR類并沒有 TableProperty成員函數(shù)，筆者認為是與之相關(guān)的Property成員函數(shù)，因此修改如下：
// if (p->is()) {
// auto pp = p->to();
if (p->is()) {
auto pp = p->to();

（3）重新編譯
cd /home/p4c/
./bootstrap.sh
cd build
make –j8

編譯成功后會在build目錄下生成四個不同后端的P4聯(lián)合編譯器：
p4c-bm2-ss
p4c-ebpf
p4test
p4fpga

執(zhí)行make check –j8結(jié)果如下：（由于筆者未安裝bmv2環(huán)境因此，有一個FAIL）

至此P4C與P4FPGA聯(lián)合編譯環(huán)境環(huán)境搭建完成。

五、結(jié)語
以上是P4C和P4FPGA的聯(lián)合編譯環(huán)境的配置，希望能給他人提供幫助，同時也歡迎大家多多進行指正和交流。
參考文獻：《P4FPGA: High Level Synthesis for Networking》

作者：彭建云，福州大學(xué)數(shù)學(xué)與計算機科學(xué)學(xué)院2015級軟件工程研究生 ，研究方向：P4、SDN數(shù)據(jù)平面可編程。