【摘要】： 現(xiàn)代處理器設(shè)計(jì)過(guò)程中,軟件模擬器已經(jīng)成為不可或缺的重要驗(yàn)證工具。與不使用模擬技術(shù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或處理器設(shè)計(jì)方法相比,軟件模擬技術(shù)可以極大地降低設(shè)計(jì)成本和縮短設(shè)計(jì)周期。本實(shí)驗(yàn)室從事處理器設(shè)計(jì)已經(jīng)多年,越發(fā)體驗(yàn)到軟件模擬技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的重要性。鑒于早先開(kāi)發(fā)的指令集模擬器在早期指令集設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要的作用,對(duì)于處理器體系結(jié)構(gòu)的仿真主要依靠Verilog模型來(lái)實(shí)現(xiàn),而利用該模型進(jìn)行的仿真是非常耗時(shí)的。因此隨著處理器設(shè)計(jì)的深入,為了快速反映處理器微結(jié)構(gòu)的性能,本文以實(shí)際需求為出發(fā)點(diǎn),參考現(xiàn)有的模擬器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了針對(duì)嵌入式媒體數(shù)字信號(hào)處理器MediaDSP64(簡(jiǎn)稱MD64)處理器的周期級(jí)模擬器SimMD64。 通常開(kāi)發(fā)一個(gè)微體系結(jié)構(gòu)周期級(jí)軟件模擬器是一項(xiàng)較為困難的工作,因此,本文在充分調(diào)研了國(guó)內(nèi)外軟件模擬技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)比選擇,確定以SimpleScalar模擬器為基礎(chǔ),開(kāi)發(fā)出適合MD64處理器體系結(jié)構(gòu)的周期級(jí)精確軟件模擬器。一個(gè)完整的微體系結(jié)構(gòu)周期級(jí)軟件模擬器工具,不僅包括了模擬器本身,而且同時(shí)需要開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的編譯工具作為支持。因而在SimMD64的開(kāi)發(fā)過(guò)程涉及了交叉編譯工具鏈的開(kāi)發(fā)與MD64處理器體系結(jié)構(gòu)的建模,以及通用處理器模擬技術(shù)的應(yīng)用等幾個(gè)方面。 SimMD64模擬器的開(kāi)發(fā)做為本文的重點(diǎn)章節(jié),依據(jù)第二章中提出的模擬器設(shè)計(jì)框架,從目標(biāo)文件的加載、MMU功能模塊的實(shí)現(xiàn)、TLB功能的模擬、cache模塊的模擬、通用分支預(yù)測(cè)技術(shù)的采用直至MD64微體系結(jié)構(gòu)的建模等幾個(gè)方面,層層深入依次展開(kāi)論述和介紹。 通過(guò)圖像、音視頻編解碼等媒體應(yīng)用程序和數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用程序在SimMD64模擬器上的評(píng)測(cè)結(jié)果與在MD64處理器的Verilog描述模型在ModelSim上評(píng)測(cè)結(jié)果進(jìn)行的相似度對(duì)比實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了SimMD64設(shè)計(jì)的可靠性--對(duì)富含分支指令和DMA操作的媒體應(yīng)用程序模擬相似度達(dá)到76%以上,對(duì)于DSP kernel(無(wú)DMA操作,分支指令較少)應(yīng)用程序的模擬相似度達(dá)到了96%以上。就模擬速度而言,進(jìn)行指令集功能模擬,模擬速度可達(dá)到7.20M/s(每秒7.20兆條指令),進(jìn)行周期級(jí)模擬速度可達(dá)0.52M/s。最后,通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)提出了對(duì)MD64處理器設(shè)計(jì)的改進(jìn)方案,為今后進(jìn)一步開(kāi)發(fā)多核模擬器打下了良好的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TP332
【圖文】：

DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDMAAA BBBusInteri兔 eeUnlttttt臀夢(mèng))戶 戶 戶 (CP2))) (((BIU)))))))))))圖2一 1MD64結(jié)構(gòu)圖 2.2MediaDSP64指令集為了適應(yīng)媒體應(yīng)用需求，MD64將RISC體系結(jié)構(gòu)和DSP的計(jì)算能力融為一體，它以R工SC體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，兼容MIPS32指令集，同時(shí)增加了DSP擴(kuò)展指令與SIMD指令。指令結(jié)構(gòu)分為面向寄存器操作的寄存器一寄存器類指令和面向存儲(chǔ)器操作的寄存器一存儲(chǔ)器類指令。具體又可分為具有R工SC特點(diǎn)面向寄存器的 MDF(MD64Fundament)類指令，具有DSP特點(diǎn)面向存儲(chǔ)器的 MDD(MD64DSP)類指令，具有SIMD類分裂模式操作支持64bit位操作的MDS(MD64SIMD)類指令以及支持128bit位操作的 EMS(ExtendedMD64SIMD)類指令。MD64處理器將RISC與DSP的指令操作、尋址模式等要素充分融合形成了即善于執(zhí)行系統(tǒng)程序，又善于執(zhí)行數(shù)字信號(hào)處理程序

行 ecomPiled55 es(testSPEC95圖2一 5Simplesealar工具集框架針對(duì)不同層次設(shè)計(jì)人員的需求，Simplescalar提供了六個(gè)不同功能的仿真器:Sim一Fast、Sim一Safe、Sim一Profil。、Sim一Caehe、Sim一。10和Sim一outorder，極大方便了研究人員的工作需求。圖2一6表示了Simplescalar模擬器的軟件框架。模擬器采用分層模塊化的組成結(jié)構(gòu)。SimPlescalar通過(guò)采用執(zhí)行驅(qū)動(dòng)技術(shù)(即由目標(biāo)指令模擬器對(duì)每一條指令進(jìn)行解釋執(zhí)行，通過(guò)執(zhí)行的結(jié)果驅(qū)動(dòng)性能模擬器)將功能模擬和性能模擬結(jié)合起來(lái)協(xié)同工作，加快了處理器錯(cuò)誤預(yù)測(cè)狀態(tài)的恢復(fù)。對(duì)于Sysoall系統(tǒng)調(diào)用I/O指令，SimPlesoalar將其轉(zhuǎn)換成對(duì)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用，并將結(jié)果返回給相應(yīng)指令。 UserProgramsProg/SimInterfaee 5imPlesealrISAPOSIXSystemCallsFUn以ionalCO化M魷 hineDefinition ProxySyseallHandlerPerform陰CeCo沈巨?

AAAAAAAAAAAdd川 川川 Co而 ()))))Mem()))))D~TLBBBMMM朗 oryyyyyyyyyyyyyyy圖3一 17MD64流水線模擬模型其中:Ruu--Feteh、Ruu--ldeeode、RuuseRegfile、RuuesDataAddr、RuuesAdd到Contr、RuuesDataMem、Ruu--piPeeom、Ruu‘Issue、Ruu少叭tebaek分別與MD64的各流水級(jí)相對(duì)應(yīng)，Ruuc。~t在模擬多發(fā)射的情況下單獨(dú)表示為一個(gè)指令提交流水級(jí)。SimMD64模擬器中周期級(jí)的模擬是通過(guò)主函數(shù)sim一ain()來(lái)實(shí)現(xiàn)的: voidsimmain(void){for(;;

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2762405