本文關鍵詞：一種RISC處理器指令集模擬器的設計與實現(xiàn)

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【摘要】：隨著芯片集成度的提高,CPU設計的復雜度大大增加,開發(fā)一個執(zhí)行速度快、靈活可配置的模擬器對微處理器設計的重要性不言而喻。本文面向一種典型的RISC處理器,設計并實現(xiàn)了指令集模擬器。該模擬器基于Gem5模擬平臺,采用執(zhí)行驅(qū)動技術(shù),在解釋型模擬器的基礎上進行指令翻譯優(yōu)化,實現(xiàn)了包括Load/Store指令、數(shù)據(jù)運算指令、分支指令、異常生成指令以及系統(tǒng)指令等在內(nèi)的幾類指令,并對存儲器進行建模,最終可運行大量的基準測試程序,包括SPEC CPU2000。由于采用面向?qū)ο蟮木幊陶Z言來實現(xiàn),使得該模擬器具有軟件結(jié)構(gòu)模塊化、參數(shù)可配置、靈活性和可擴展性好等特點。本文的主要工作和貢獻有:1、實現(xiàn)了RISC指令集模擬和加速。本文實現(xiàn)了RISC指令集中297條指令的功能模擬,并通過宿主機代替執(zhí)行的方式,有效實現(xiàn)了系統(tǒng)調(diào)用處理的過程。為了提高模擬速度,本文對指令譯碼過程進行了優(yōu)化,即將指令譯碼信息保存在緩存中,避免對指令的重復譯碼。測試結(jié)果表明,該種優(yōu)化有效的提升了模擬器的運行速度。2、存儲模擬和優(yōu)化。本文采用地址映射的方式將目標機的地址空間映射到宿主機的內(nèi)存空間,從而以一個連續(xù)的虛存空間來實現(xiàn)對目標機存儲器的建模。為了提高地址轉(zhuǎn)換效率,本文建立了一個全局軟TLB表,從而達到提升模擬速度的目的。3、模擬器的測試。逐條指令測試以及整體測試表明,模擬器功能正確;指令翻譯優(yōu)化后模擬器速度提高了約6.50%;存儲模擬優(yōu)化后模擬器速度提升了大約0.95%;綜合兩種優(yōu)化手段,模擬器速度提升了約6.76%。
【關鍵詞】：指令集模擬器 指令翻譯 Gem5
【學位授予單位】：國防科學技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP332
【目錄】：

• 摘要9-10
• ABSTRACT10-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 研究背景與研究意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3 主要研究內(nèi)容16-17
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)17-18
• 第二章 體系結(jié)構(gòu)模擬器理論基礎18-25
• 2.1 模擬技術(shù)理論基礎18-19
• 2.2 模擬驅(qū)動方式19-21
• 2.2.1 蹤跡驅(qū)動模擬20
• 2.2.2 執(zhí)行驅(qū)動模擬20-21
• 2.3 指令集模擬策略21-23
• 2.3.1 基于解釋型指令集模擬器21-22
• 2.3.2 基于編譯型指令集模擬器22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-25
• 第三章 模擬器總體設計25-33
• 3.1 需求分析25-26
• 3.1.1 功能需求分析25-26
• 3.1.2 非功能需求分析26
• 3.2 指令集體系結(jié)構(gòu)26-30
• 3.2.1 指令集26-28
• 3.2.2 寄存器28-29
• 3.2.3 尋址方式29-30
• 3.3 總體設計30-32
• 3.3.1 總體框架30
• 3.3.2 總體流程設計30-32
• 3.4 本章小結(jié)32-33
• 第四章 模擬器的詳細設計與實現(xiàn)33-47
• 4.1 Gem5簡介33-34
• 4.2 模擬器內(nèi)核的實現(xiàn)34-42
• 4.2.1 指令模擬34-40
• 4.2.2 內(nèi)部寄存器模擬40-41
• 4.2.3 異常的實現(xiàn)41-42
• 4.3 指令翻譯優(yōu)化42-43
• 4.4 存儲系統(tǒng)建模43-45
• 4.5 系統(tǒng)調(diào)用45-46
• 4.6 本章小結(jié)46-47
• 第五章 模擬器的測試47-55
• 5.1 測試方案設計47-48
• 5.1.1 模擬器功能測試方案47-48
• 5.1.2 模擬執(zhí)行速度測試方案48
• 5.2 測試結(jié)果及其分析48-54
• 5.2.1 功能測試48-51
• 5.2.2 模擬性能測試51-54
• 5.3 本章小結(jié)54-55
• 第六章 總結(jié)與展望55-56
• 致謝56-57
• 參考文獻57-60
• 作者在學期間取得的學術(shù)成果60

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 李明;兩種嵌入式軟件仿真環(huán)境的分析與比較[J];電子產(chǎn)品世界;2003年13期

2 喻之斌;金海;鄒南海;;計算機體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)[J];軟件學報;2008年04期

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本文編號：533197