Ubuntu 24.04 从零跑通 OpenTitan：IC 验证工程师实录（Verilator + VCS + Verdi）

摘要：本文记录在 ThinkBook / Ubuntu 24.04 上搭建 lowRISC OpenTitan 的完整过程，涵盖 Verilator 软件仿真、VCS+UVM 块级 DV、Verdi 波形调试，并汇总 Ubuntu 24.04 下的依赖替换、Bazel、License 与覆盖率工具链等踩坑与解法。
环境：Ubuntu 24.04 LTS | 16GB RAM | OpenTitan @ 21f062eb | VCS/Verdi V-2023.12-SP2 | Verilator 4.210
标签：OpenTitan RISC-V UVM VCS Verilator dvsim IC验证 Ubuntu24.04

一、为什么要跑 OpenTitan？

OpenTitan 是 lowRISC 主导的开源安全芯片（Root of Trust）项目，包含完整 RTL、UVM 验证环境、软件栈与文档，非常适合 IC 验证工程师：

学习 UVM block/toplevel DV 的标准写法（UART DV 是官方模板）
熟悉 dvsim 回归流程、testplan、coverage
在无商用 EDA 时可用 Verilator 免费跑通软件联调

官方文档：OpenTitan Getting Started

二、硬件与系统要求

项目	官方建议	本机实测
系统	Linux（CI 为 Ubuntu 22.04）	Ubuntu 24.04 ✅（需自行处理依赖差异）
内存	模块级 ≥7GB；全芯片 Verilator 建议 32GB	16GB + Swap，块级 UART 足够
磁盘	建议 ≥512GB（含工具链）	`/home` 200GB+ 可用即可
商用仿真	VCS / Xcelium（UVM DV）	VCS V-2023.12-SP2
免费仿真	Verilator 4.210	源码编译安装

三、整体路线（两条线）

text 复制代码

克隆 OpenTitan + apt/Python 依赖
        │
        ├─► 路线 A：Verilator + Bazel（入门，无需 License）
        │       └─► uart_smoketest_sim_verilator → PASS
        │
        └─► 路线 B：VCS + dvsim（验证工程师主战场）
                ├─► uart_smoke UVM → PASS
                ├─► --cov 采集 → default.vdb ✅
                ├─► URG/Verdi -cov 报告 → ❌（本机 License/工具限制）
                └─► Verdi -ssf 波形 → ✅（推荐 debug 方式）

四、阶段 0：规划目录

bash 复制代码

mkdir -p ~/projects ~/tools
export REPO_TOP=~/projects/opentitan

建议将仓库与大型工具链放在 /home，避免根分区空间不足。

五、阶段 1：克隆仓库与系统依赖

5.1 克隆 OpenTitan

bash 复制代码

cd ~/projects
git clone https://github.com/lowRISC/opentitan.git
cd opentitan

若 GitHub 不稳定，可尝试镜像：git clone https://ghproxy.com/https://github.com/lowRISC/opentitan.git

5.2 安装 apt 依赖（Ubuntu 24.04 特别注意）

官方 apt-requirements.txt 含 libncursesw5，在 24.04 中已不存在，需替换：

bash 复制代码

cd ~/projects/opentitan
PKGS=$(sed '/^#/d' apt-requirements.txt | grep -v '^libncursesw5$')
sudo apt install -y $PKGS libncursesw6

5.3 Ubuntu 24.04：Bazel 自带 LLVM 需要 libtinfo5

OpenTitan 预编译 clang 工具链依赖 libtinfo.so.5 ，仅软链到 v6 不够，需安装真实包：

bash 复制代码

cd /tmp
wget http://security.ubuntu.com/ubuntu/pool/universe/n/ncurses/libtinfo5_6.3-2ubuntu0.1_amd64.deb
wget http://security.ubuntu.com/ubuntu/pool/universe/n/ncurses/libncurses5_6.3-2ubuntu0.1_amd64.deb
sudo apt install -y ./libtinfo5_6.3-2ubuntu0.1_amd64.deb ./libncurses5_6.3-2ubuntu0.1_amd64.deb

sudo ln -sf libncursesw.so.6 /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libncursesw.so.5

5.4 安装 gcc-11（编译 Verilator 必需）

bash 复制代码

sudo apt install -y gcc-11 g++-11 python3-venv autoconf flex bison \
  libfl2 libfl-dev zlib1g-dev git curl wget

六、阶段 2：Python 虚拟环境

bash 复制代码

cd ~/projects/opentitan
python3 -m venv .venv
source .venv/bin/activate
pip3 install -U pip "setuptools<66.0.0"
pip3 install -r python-requirements.txt --require-hashes

# 注意：新版仓库脚本路径已变更
python3 ./hw/check_tool_requirements.py

七、阶段 3：编译安装 Verilator 4.210

必须用 GCC 11 编译（GCC 12+ 会导致 Verilator 4.210 编译失败）：

bash 复制代码

export VERILATOR_VERSION=4.210
export VERILATOR_PREFIX="${HOME}/tools/verilator/${VERILATOR_VERSION}"

git clone https://github.com/verilator/verilator.git ~/tools/verilator-src
cd ~/tools/verilator-src
git checkout v${VERILATOR_VERSION}
autoconf
CC=gcc-11 CXX=g++-11 ./configure --prefix="${VERILATOR_PREFIX}"
CC=gcc-11 CXX=g++-11 make -j$(nproc)
make install

# 验证
export PATH="${VERILATOR_PREFIX}/bin:$PATH"
verilator --version   # 应显示 Verilator 4.210

写入 ~/.bashrc（可选）：

bash 复制代码

echo 'export PATH="${HOME}/tools/verilator/4.210/bin:$PATH"' >> ~/.bashrc

八、阶段 4：路线 A --- Verilator 软件测试（首个里程碑）

不要使用 apt 安装的 bazel ，使用仓库自带 bazelisk：

bash 复制代码

cd ~/projects/opentitan
source .venv/bin/activate
export PATH="${HOME}/tools/verilator/4.210/bin:$PATH"

./bazelisk.sh test --test_output=streamed \
  //sw/device/tests:uart_smoketest_sim_verilator

成功标志 ：日志中出现 PASS!，例如：

text 复制代码

I00000 status.c:28] PASS!
//sw/device/tests:uart_smoketest_sim_verilator PASSED

首次运行 Bazel 会下载工具链并编译 Verilator 模型，约 10～30 分钟，属正常现象。

九、阶段 5：路线 B --- VCS + UVM（dvsim）

9.1 Synopsys 环境变量（示例）

bash 复制代码

# ~/.bashrc 或每次手动 source
source ~/synopsys/setup_env.sh
# 典型内容：
# export VCS_HOME=~/synopsys/vcs/V-2023.12-SP2
# export VERDI_HOME=~/synopsys/verdi/V-2023.12-SP2
# export SNPSLMD_LICENSE_FILE=27000@$(hostname -s)

启动 License（若使用本地 License Server）：

bash 复制代码

~/synopsys/start_license.sh
~/synopsys/check_license.sh

9.2 Ubuntu 24.04：VCS 构建需 bash

默认 /bin/sh 指向 dash ，VCS 脚本中 >& 会触发：

text 复制代码

sh: 1: Syntax error: Bad fd number

解决：

bash 复制代码

export SHELL=/bin/bash
# 或一次性：sudo ln -sf /bin/bash /bin/sh

9.3 跑 UART smoke（UVM 入门用例）

bash 复制代码

cd ~/projects/opentitan
source .venv/bin/activate
source ~/synopsys/setup_env.sh
export SHELL=/bin/bash

dvsim hw/ip/uart/dv/uart_sim_cfg.hjson -i uart_smoke

成功标志 ：50/50 或设定 reseed 数量全部 PASS，例如：

text 复制代码

//sw/device/tests  uart_smoke  PASSED
Executed N out of N tests: N tests passed.

Canonical 学习目录：hw/ip/uart/dv/（env、seq_lib、testplan）。

十、阶段 6：覆盖率与波形

10.1 带覆盖率仿真

bash 复制代码

dvsim hw/ip/uart/dv/uart_sim_cfg.hjson -i uart_smoke --cov --reseed 3 --purge
export SHELL=/bin/bash

仿真 PASS 后，数据在：scratch/master/uart-sim-vcs/coverage/default.vdb
不带 --cov 不会生成 cov_report/dashboard.html（正常）

10.2 URG / Verdi -cov（本机未打通）

在本机环境中：

工具	现象
`urg`	License 签出时崩溃 / `ptrace` 限制
`verdi -cov`	`vdCov` SIGSEGV（`LicenseCheckUtility`）
`dve -cov`	未安装 DVE（`$VCS_HOME/gui/dve` 不存在）

lmstat 虽能列出 VT_CoverageURG，但进程 checkout 仍可能失败------与 License 实现方式、Ubuntu 24.04 兼容性有关。可尝试：

bash 复制代码

echo 0 | sudo tee /proc/sys/kernel/yama/ptrace_scope

或使用公司正版 License Server、Ubuntu 22.04 VM 再试 URG。

10.3 Verdi 波形调试（推荐，已验证可用）

bash 复制代码

dvsim hw/ip/uart/dv/uart_sim_cfg.hjson -i uart_smoke --reseed 1 --waves fsdb

verdi -ssf ~/projects/opentitan/scratch/master/uart-sim-vcs/0.uart_smoke/latest/waves.fsdb &

在 nWave 中添加 tb.dut 下信号，配合 run.log 做 UVM debug------这是当前最稳定的商用 EDA 调试闭环。

十一、踩坑速查表

现象	原因	解决
`Unable to locate package libncursesw5`	Ubuntu 24.04 已移除	装 `libncursesw6`，从 apt-requirements 去掉 w5
`./util/check_tool_requirements.py` 不存在	脚本移至 `hw/`	`python3 ./hw/check_tool_requirements.py`
`Command 'bazel' not found`	未装 Bazel	使用 `./bazelisk.sh`
`configure: error: expected absolute directory for --prefix`	`~` 不能用于 configure	`--prefix="${HOME}/tools/verilator/4.210"`
bindgen `libclang` / `NCURSES_TINFO_5`	缺 libtinfo5	安装 jammy 的 libtinfo5、libncurses5
`Syntax error: Bad fd number`	dash 不支持 `>&`	`export SHELL=/bin/bash`
`cov_report/dashboard.html` 不存在	未加 `--cov` 或 URG 失败	加 `--cov`；报告依赖 URG merge
URG/Verdi -cov 崩溃	License/GUI 工具链	先用 `verdi -ssf` 波形；换 License 或 22.04

十二、日常环境速查（复制即用）

bash 复制代码

# 1. License
~/synopsys/start_license.sh

# 2. OpenTitan
cd ~/projects/opentitan
source .venv/bin/activate
source ~/synopsys/setup_env.sh
export PATH="${HOME}/tools/verilator/4.210/bin:$PATH"
export SHELL=/bin/bash
export SNPSLMD_LICENSE_FILE=27000@nick-pc
export LM_LICENSE_FILE=$SNPSLMD_LICENSE_FILE

# 3. 常用命令
./bazelisk.sh test --test_output=streamed //sw/device/tests:uart_smoketest_sim_verilator
dvsim hw/ip/uart/dv/uart_sim_cfg.hjson -i uart_smoke --waves fsdb

十三、最终成果一览

能力	状态
Verilator + Bazel `uart_smoketest`	✅ PASS
VCS + dvsim `uart_smoke` UVM	✅ PASS
`--cov` 写入 `default.vdb`	✅
URG HTML 覆盖率报告	❌（环境限制）
Verdi FSDB 波形	✅

结论：在 Ubuntu 24.04 上，OpenTitan 模块级验证与波形 debug 已可日常开发 ；覆盖率 GUI 可作为后续优化项，不影响阅读 hw/ip/uart/dv、扩展 test、跑回归。

十四、推荐学习路径（验证工程师）

第 1 周 ：跑通 Verilator smoke + 阅读 HW 文档
第 2 周 ：精读 hw/ip/uart/dv/，对照 uart_testplan.hjson
第 3 周 ：dvsim 跑 uart_tx_rx、uart_csr_hw_reset，--waves fsdb + Verdi
第 4 周 ：了解 DV methodology，尝试 uvmdvgen

十五、参考链接

OpenTitan 官方 Getting Started：https://opentitan.org/book/doc/getting_started/index.html
Verilator 安装：https://opentitan.org/book/doc/getting_started/setup_verilator.html
DV 入门：https://opentitan.org/book/doc/getting_started/setup_dv.html
UART DV 目录：https://github.com/lowRISC/opentitan/tree/master/hw/ip/uart/dv
GitHub Issue（Ubuntu 24.04 libncurses）：https://github.com/lowRISC/opentitan/issues/24589

附录：一键脚本思路（可选）

可将 apt 修复、venv、Verilator 路径、hw/check_tool_requirements.py、bazelisk 测试写入 ~/projects/setup_opentitan.sh，在终端直接执行。注意 VCS/License 需按本机 Synopsys 安装路径单独配置。

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声明：请使用合法授权的 EDA 与 License；本文仅作技术学习与开源项目实践记录。