【摘要】：在應用軟件的開發(fā)中,虛擬機的概念對于解決軟件開發(fā)中核心問題,如代碼可維護性,系統(tǒng)健壯性,具有重要的指導性作用。不但在早期計算機的軟硬件設(shè)計方面,起到核心作用,在現(xiàn)實的軟件開發(fā)中,特別是嵌入式系統(tǒng)上,仍具有重要的指導性。同時由于虛擬機的復雜性,分析和實現(xiàn)虛擬機系統(tǒng)需要的文獻資料和設(shè)計實例,不是缺少完整性,就是在對應聯(lián)系方面缺少指導性。本論文著重解決此矛盾。 虛擬機是解決計算機軟件、硬件日益升級換代與應用開發(fā)及維護日益復雜的一種有效的解決方案。本文作為工科應用論文,實現(xiàn)了內(nèi)核結(jié)構(gòu)小巧且完整的棧式虛擬機,對虛擬機設(shè)計的算法和結(jié)構(gòu)結(jié)合具體實例給出了完整的算法實現(xiàn),同時提供了高級語言Csmart及其編譯器,從而構(gòu)成了一個有很好參考性的完整的虛擬機解決方案。 虛擬機在實現(xiàn)的架構(gòu)選擇上,有兩種實現(xiàn)方式,基于棧結(jié)構(gòu)和基于寄存器結(jié)構(gòu),而這兩種方式直接關(guān)系到虛擬指令系統(tǒng)的設(shè)計方式,棧結(jié)構(gòu)對應于精簡指令系統(tǒng),而基于寄存器方式則對應復雜指令系統(tǒng)。由于棧式結(jié)構(gòu)可以很容易實現(xiàn)CPU中通用寄存器的軟件功能,從而使得虛擬機上的應用能更好的可移植性。本文將要介紹的虛擬機就是基于棧結(jié)構(gòu)的虛擬機。通過對這兩種實現(xiàn)方式的分析和研究,特別是對基于棧結(jié)構(gòu)java虛擬機實現(xiàn)的研究,實現(xiàn)了一個基于棧結(jié)構(gòu)的小巧但完整的虛擬機SVM(Stack-based virtual machine)。SVM的的核心設(shè)計部分,虛擬運行時系統(tǒng)和指令解析器部分的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法上,化繁為簡,圖文并茂,條理突出,對虛擬機設(shè)計者提供很好的,在學術(shù)和實踐方面有很強的參考性。 同時,虛擬機需要一個高級語言和相應編譯系統(tǒng)才能有效的開發(fā)應用。本文實現(xiàn)的虛擬機的高級語言為Csmart,其是抽取C語言的一個子集來定義的,易于理解,簡單實用,不但增強SVM參考性,同時對于高級語言的編譯和代碼生成給出了簡潔又不是完整的敘述。Csmat的編譯器是采用遞歸下降的方式實現(xiàn)的。這種方式的創(chuàng)新點在于將Csmart程序的掃描分析(詞法和語法)和代碼生成在一次掃描中完成,可以將語言結(jié)構(gòu)簡單的Csmart有效的編譯成機器碼,而且實現(xiàn)編譯器的代碼量少且結(jié)構(gòu)簡單。 通過一篇論文的篇幅介紹了一個小巧但功能完整的虛擬機系統(tǒng),對于虛擬機設(shè)計和實現(xiàn),編譯原理的實踐和研究都有具有很好的參考價值。
[Abstract]:In the development of application software, the concept of virtual machine plays an important guiding role in solving the core problems in software development, such as code maintainability and system robustness. Not only in the early computer hardware and software design, play a central role, in the actual software development, especially on the embedded system, still have important guidance. At the same time because of the complexity of the virtual machine the literature and design examples needed to analyze and implement the virtual machine system are either lack of integrity or lack of guidance in the corresponding connection. This paper focuses on resolving this contradiction. Virtual machine is an effective solution for computer software, hardware upgrading and application development and maintenance. As an engineering application paper, this paper implements a compact and complete stack virtual machine with a small kernel structure. The algorithm and structure of virtual machine design are implemented in combination with concrete examples. At the same time, a high-level language Csmart and its compiler are provided. Thus constitutes a very good reference of the complete virtual machine solution. There are two ways to implement virtual machine in architecture selection, one is based on stack structure and the other is based on register structure, and these two ways are directly related to the design of virtual instruction system, and the stack structure corresponds to the reduced instruction system. The register-based mode corresponds to the complex instruction system. Because the stack structure can easily realize the software function of the general register in CPU, the application on the virtual machine can be more portable. The virtual machine that this article will introduce is the virtual machine based on stack structure. Based on the analysis and research of these two methods, especially the implementation of java virtual machine based on stack structure, the core design of a compact but complete virtual machine (Stack-based virtual machine). SVM) based on stack structure is realized. The data structure and algorithm of the virtual runtime system and the instruction parser are simplified, illustrated and well organized, which can provide a good reference for the virtual machine designer and have a strong reference in academic and practical aspects. At the same time, the virtual machine needs a high-level language and corresponding compilation system to develop and apply effectively. The high-level language of virtual machine implemented in this paper is Csmart, which is defined by a subset of C language. It is easy to understand, simple and practical, and not only enhances the reference ability of SVM. At the same time, the compilation and code generation of high-level languages are given a concise but not complete description. Csmat compiler is implemented by recursive descent. The innovation of this approach is that scanning analysis (lexical and grammatical) and code generation of Csmart programs can be completed in a single scan, which can effectively compile Csmart with simple language structure into machine code. Moreover, the code of the compiler is little and the structure is simple. A small but complete virtual machine system is introduced in this paper, which has good reference value for the design and implementation of virtual machine and the practice and research of compiling principle.
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TP302

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4 張逢U，

本文編號：2242375