任务介绍

本期验证任务要求参与者完成基于 RISC-V “V” 扩展的向量计算编译验证流程，通过端到端的实战测试，深入理解从高级算子到RISC-V汇编的完整编译链及其功能验证方法。

RISC-V “V” (Vector) 扩展旨在通过单指令多数据（SIMD）并行处理模式，显著提升处理器在科学计算、机器学习、多媒体处理等领域的性能。 向量处理器的核心思想是使用一条指令，对一组数据（即“向量”）中的所有元素执行相同的操作。它通过引入一组专门的向量寄存器和丰富的向量指令，使处理器能够高效地并行处理大量数据。

本次验证的核心是构建完整的Triton算子→MLIR→LLVM→RISC-V汇编→Spike模拟验证闭环。 参与者将使用Triton编写的高性能算子，经过MLIR编译框架进行多层中间表示转换，最终降级至LLVM IR并生成包含向量指令的RISC-V汇编代码。 通过在Spike模拟器中编写C测试程序、设置输入数据并执行结果比对，验证编译生成向量kernel的功能正确性。

本次任务将提供完整的编译工具链和必要的链接文件，包括算子kernel的LLVM IR文件、RISC-V汇编文件以及交叉编译环境。

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RISC-V 向量计算验证流程文档

1 验证对象

1.1 RISC-V“V”扩展简介

RISC-V “V” (Vector) 扩展旨在通过单指令多数据（SIMD）并行处理模式，显著提升处理器在科学计算、机器学习、多媒体处理等领域的性能。向量处理器的核心思想是使用一条指令，对一组数据（即“向量”）中的所有元素执行相同的操作。它通过引入一组专门的向量寄存器和丰富的向量指令，使处理器能够高效地并行处理大量数据，特别适用于高性能计算、人工智能、信号处理等数据密集型应用场景。

1.2 Spike模拟器简介

Spike 是由 RISC-V 官方开发的一款功能模拟器（functional simulator），常被用作 RISC-V 软件栈的“黄金参考模型”。它可以模拟包括 RV32 和 RV64 在内的多种 RISC-V 架构变体，并支持包括“V”向量扩展在内的多个标准扩展（需编译时启用）。Spike 能够运行完整的操作系统（如 Linux）或裸机程序，为开发者提供调试、验证和教学的理想环境。由于其开源、轻量且行为规范，Spike 广泛应用于 RISC-V 生态系统的开发与教育场景中，是学习和测试 RISC-V 指令（包括向量指令）的重要工具。

2 测试功能与任务要求

你将参与一个端到端的 RISC-V 向量计算验证流程。具体而言，一个使用 Triton 编写的高性能算子（kernel）会首先通过 MLIR 编译框架进行多层中间表示（IR）转换，最终被 lowering（降级）至 LLVM Dialect，并生成标准的 LLVM IR（.ll 文件）。当编译目标启用 RISC-V 的 “V” 向量扩展后，LLVM 后端会进一步将该 IR 编译为包含向量指令的 RISC-V 汇编代码（.s 文件）。

为了验证这一编译链所生成的向量 kernel 是否功能正确，你需要在 Spike 模拟器环境下编写一段 C 语言测试程序：该程序应能调用并执行上述生成的汇编 kernel，通过设置合理的输入数据、调用约定和结果比对机制，确认其输出与预期行为一致。这项任务不仅要求你理解 RISC-V 向量扩展的基本使用方式，还需掌握如何在 Spike 中构建完整的测试环境，从而打通从高级算子到底层硬件模拟的验证闭环。

2.1 测试流程1: 提供环境及流程说明

RISC-V 交叉编译工具链

该工具链用于在宿主机（如 x86 Linux 或 macOS）上为 RISC-V 目标平台编译代码。在本任务中，你需要使用它分别处理两个源文件，并最终链接生成一个可在模拟器中运行的可执行文件（接下来全部流程都以add算子举例，请注意命名规则）：

• 将提供的 算子 kernel 的 .s 汇编文件编译为 kernel.o（如提供 add.s 则编译命名为 add.o）；
• 将你自己编写的 C 测试主程序（命名为 test_add.c）编译为 .o 文件（命名为 test_add.o）;
• 最后，使用同一工具链的链接器将这两个 .o 文件与所提供的四个文件链接成一个完整的 ELF 可执行文件。（命名为 test_add.elf）。

所需链接文件：

• add.o
• test_add.o
• crt.o
• syscalls.o
• mlir_memrefcopy_spike.o
• test_compact.ld

Spike RISC-V 模拟器

你将把上述生成的 test_add.elf 文件作为输入加载到 Spike 中运行。Spike 会逐条执行其中的指令（包括向量指令），并输出程序的运行结果（如打印信息、返回值等）。你可以通过比对实际输出与预期结果，判断 Triton 算子经 MLIR → LLVM → RISC-V 汇编这一完整编译链后生成的 kernel 是否功能正确。

2.2 测试流程2: 提供文件说明

算子 kernel 的 LLVM IR 文件(add.ll)

该文件是 Triton 算子经过 MLIR 编译流程后生成的 LLVM 中间表示（Intermediate Representation）。它以可读的文本形式描述了算子的完整计算逻辑、控制流结构以及函数签名。通过阅读此文件，你可以明确以下关键信息：

• 算子函数的名称及其参数列表（包括参数类型、数量和顺序）；
• 每个参数在计算中的语义角色（例如：输入张量指针、输出缓冲区、维度大小、步长等）；
• 算子内部的核心操作逻辑（如循环、访存、向量运算等）。这些信息对于编写正确的 C 测试代码至关重要——你需要据此构造符合调用约定的输入数据，并设计预期输出用于结果比对，从而验证 kernel 功能的正确性。

算子 kernel 的 RISC-V 汇编文件（add.s）

该文件是在启用 RISC-V “V” 向量扩展的前提下，由 LLVM 后端将上述 .ll 文件进一步编译生成的 RISC-V 汇编代码。它包含了实际将在目标硬件（或模拟器）上执行的指令序列，其中可能包含 vsetvli、vle32.v、vadd.vv 等向量指令。

你的任务是使用 RISC-V 交叉编译工具链（riscv64-unknown-elf-gcc）将该 .s 文件编译为可重定位的目标文件（.o），然后与你编写的 C 测试主程序链接，生成可在 Spike 模拟器中运行的完整可执行文件。通过这种方式，你可以真实运行并验证向量化 kernel 在 RISC-V 架构下的行为是否符合预期。

四个必需编译文件

• crt.o
• syscalls.o
• mlir_memrefcopy_spike.o
• test_compact.ld

作为必需编译文件，在生成 test_add.elf 时需与 add.o 和 test_add.o 共同编译链接，具体可参考流程示例文档。

3 验收要求

为了全面验证算子 kernel 的功能正确性，测试代码需覆盖多种典型和边界输入情况，并能清晰反映 kernel 在不同场景下的输出行为。我们不要求穷尽所有组合，但期望测试能够体现对 kernel 核心逻辑的理解，包括对关键参数变化（如向量长度、数据类型、内存布局等）的响应。所有测试均应包含与理论预期结果的比对，并通过可读的输出展示验证结论。如同参考设计中所述，只要测试能系统性地反映“结果与参照模型一致”这一基本正确性要求，并体现出对不同运行情形的考量，即视为满足验收标准。

下图皆以 add 算子为例，请根据具体情况替换算子名称，并将全部提交文件打包命名为 姓名_算子名称.zip (xxx_add.zip)。