搭建P4C与P4FPGA联合编译环境

一、简介
在2016 SIGCOMM大会上HanW发表了一篇名为《P4FPGA: High Level Synthesis for Networking》的论文，该论文实现了一个从P4语言到Bluespec的编译器。这个P4FPGA的工作发表在会议第一天的NetPL workshop上，P4语言与FPGA的结合引起了工业界的重视。因此，本文将分享搭建P4C与P4FPGA联合编译环境的经验。

二、编译流程解析
最新更新的P4C支持P4_14和P4_16两个版本，首先将P4_14和P4_16编写的P4源程序转换成通用的中间表示IR，然后经过前端编译器生成为通用的后端中间表示IR，最后经过不同的后端编译器生成特定目标平台的代码。具体流程如图所示：

其中，P4C源码中包含3个后端编译器原型：eBPF、BMv2和p4test。eBPF能够生成可以扩展Berkeley数据包过滤程序的C代码；BMv2能够生成可以用BMv2进行简单的网络交换仿真的JSON文件；p4test是一个测试用的后端编译器。以及可以编写或定制其他任意的目标平台的后端编译器。

三、基本环境配置
系统：Ubuntu 16.04、Ubuntu14.04（以下均在root用户下操作）
（1）需要安装boost库
在P4FPGA的makefile文件中有使用到boost库，如果缺少boost库编译时会报如下错误信息：
/usr/bin/ld: cannot find -lboost_system
/usr/bin/ld: cannot find -lboost_filesystem

（2）boost中用到了其他函数库，因此需要先安装依赖库。
apt-get install mpi-default-dev #安装mpi库
apt-get install libicu-dev　　 #支持正则表达式的UNICODE字符集
apt-get install python-dev　　　　#需要python的话
#如果编译出现错误：bzlib.h: No such file or directory
apt-get install libbz2-dev
#如果在安装以上库失败的话可以尝试更新后再进行安装。
sudo apt-get update

（3）上述函数库装好之后，就可以编译boost库了。boost下载链接： https://sourceforge.net/projects/boost/files/boost/1.63.0/boost_1_63_0.tar.gz/download解压boost_1_63_0.tar.gz到/home/目录下，执行以下操作：
cd /home/boost_1_63_0/
./bootstrap.sh #运行bootstrap.sh脚本

编译完成后，进行安装，也就是将头文件和生成的库。
./b2 install #安装boost库

安装结束后在/usr/local/lib和/usr/local/include目录下生成相应库文件和头文件。

（4）测试boost库是否安装成功
可参考：
重要提示：编译成功后运行执行时，如果出现以下信息
error while loading shared libraries: libboost_system.so.1.63.0: cannot open shared object file: No such file or directory
是因为系统在当前注册的搜索路径中找不到所需的共享库。
执行以下操作（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与P4FPGA联合编译环境
（1）下载P4C与P4FPGA源码
cd /home/
git clone https://github.com/p4lang/p4c.git
git clone https://github.com/hanw/p4fpga.git

（2）关键一：建立p4c与p4fpga
打开p4c源码目录预编译：
cd p4c
./bootstrap.sh

运行完后在p4c目录下会生成build和extensions文件夹。
建立一个软连接：
ln -s /home/p4fpga/compiler /home/p4c/extensions/c++
（注：在源码README.md中为ln -s extensions/c++ /c++，笔者在 最新的源码目录中并未找到c++目录，因此认为是作者未及时更新导致）

（3）关键二：需要修改p4fpga中的源文件
文件一：/home/p4fpga/compiler/src/p4-fpga.cpp
编译报错信息：
../extensions/c++/src/p4-fpga.cpp:110:17: error: no member named 'verbosity' in 'FPGAOptions'
if (options.verbosity > 0)

说明：笔者认为是由于p4fpga没有随着p4c的版本更新进行维护导致，在与options 相关源码中并为找到verbosity这个成员，因此这里仅做简单注释处理。

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

说明：在profile.cpp 第17和18行没有成员函数，在P4C相关源码中，IR类并没有 TableProperty成员函数，笔者认为是与之相关的Property成员函数，因此修改如下：
// if (p->is()) {
// auto pp = p->to();
if (p->is()) {
auto pp = p->to();

（3）重新编译
cd /home/p4c/
./bootstrap.sh
cd build
make –j8

编译成功后会在build目录下生成四个不同后端的P4联合编译器：
p4c-bm2-ss
p4c-ebpf
p4test
p4fpga

执行make check –j8结果如下：（由于笔者未安装bmv2环境因此，有一个FAIL）

至此P4C与P4FPGA联合编译环境环境搭建完成。

五、结语
以上是P4C和P4FPGA的联合编译环境的配置，希望能给他人提供帮助，同时也欢迎大家多多进行指正和交流。
参考文献：《P4FPGA: High Level Synthesis for Networking》

作者：彭建云，福州大学数学与计算机科学学院2015级软件工程研究生 ，研究方向：P4、SDN数据平面可编程。