發(fā)布時(shí)間：2017-07-08 05:17

  本文關(guān)鍵詞：一種RISC處理器指令集模擬器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：隨著芯片集成度的提高,CPU設(shè)計(jì)的復(fù)雜度大大增加,開發(fā)一個(gè)執(zhí)行速度快、靈活可配置的模擬器對(duì)微處理器設(shè)計(jì)的重要性不言而喻。本文面向一種典型的RISC處理器,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了指令集模擬器。該模擬器基于Gem5模擬平臺(tái),采用執(zhí)行驅(qū)動(dòng)技術(shù),在解釋型模擬器的基礎(chǔ)上進(jìn)行指令翻譯優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了包括Load/Store指令、數(shù)據(jù)運(yùn)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(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行建模,最終可運(yùn)行大量的基準(zhǔn)測(cè)試程序,包括SPEC CPU2000。由于采用面向?qū)ο蟮木幊陶Z言來實(shí)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(kuò)展性好等特點(diǎn)。本文的主要工作和貢獻(xiàn)有:1、實(shí)現(xiàn)了RISC指令集模擬和加速。本文實(shí)現(xiàn)了RISC指令集中297條指令的功能模擬,并通過宿主機(jī)代替執(zhí)行的方式,有效實(shí)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(duì)指令譯碼過程進(jìn)行了優(yōu)化,即將指令譯碼信息保存在緩存中,避免對(duì)指令的重復(fù)譯碼。測(cè)試結(jié)果表明,該種優(yōu)化有效的提升了模擬器的運(yùn)行速度。2、存儲(chǔ)模擬和優(yōu)化。本文采用地址映射的方式將目標(biāo)機(jī)的地址空間映射到宿主機(jī)的內(nèi)存空間,從而以一個(gè)連續(xù)的虛存空間來實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)機(jī)存儲(chǔ)器的建模。為了提高地址轉(zhuǎn)換效率,本文建立了一個(gè)全局軟TLB表,從而達(dá)到提升模擬速度的目的。3、模擬器的測(cè)試。逐條指令測(cè)試以及整體測(cè)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(chǔ)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(guān)鍵詞】：指令集模擬器 指令翻譯 Gem5
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3 主要研究?jī)?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(chǔ)18-25
• 2.1 模擬技術(shù)理論基礎(chǔ)18-19
• 2.2 模擬驅(qū)動(dòng)方式19-21
• 2.2.1 蹤跡驅(qū)動(dòng)模擬20
• 2.2.2 執(zhí)行驅(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)30-32
• 3.3.1 總體框架30
• 3.3.2 總體流程設(shè)計(jì)30-32
• 3.4 本章小結(jié)32-33
• 第四章 模擬器的詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)33-47
• 4.1 Gem5簡(jiǎn)介33-34
• 4.2 模擬器內(nèi)核的實(shí)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(shí)現(xiàn)41-42
• 4.3 指令翻譯優(yōu)化42-43
• 4.4 存儲(chǔ)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(cè)試47-55
• 5.1 測(cè)試方案設(shè)計(jì)47-48
• 5.1.1 模擬器功能測(cè)試方案47-48
• 5.1.2 模擬執(zhí)行速度測(cè)試方案48
• 5.2 測(cè)試結(jié)果及其分析48-54
• 5.2.1 功能測(cè)試48-51
• 5.2.2 模擬性能測(cè)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(xiàn)57-60
• 作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果60

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)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(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)軟件模擬技術(shù)[J];軟件學(xué)報(bào);2008年04期

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本文編號(hào)：533197