基于动态翻译的CPU仿真技术研究
发布时间：2025-07-01 22:49
系统仿真能够屏蔽计算机体系结构间差异,是解决软件兼容性问题的有效方法。CPU仿真是计算机系统仿真的主要方面,是目前系统级仿真关注的热点。本文针对CPU仿真中的关键问题进行了分析,并研究了针对多核平台的CPU仿真,主要贡献如下: 1.针对传统仿真系统中常用翻译缓存策略的不足,提出了分区翻译缓存管理策略,实现了区域间和区域内的两级管理。分区翻译缓存管理策略在避免产生缓存碎片的同时能提高翻译的效率。针对翻译缓存代码一致性问题,设计实现了细粒度的自修改代码处理机制。 2.分析了仿真过程中的中断处理和异常处理的特征,深入研究了中断和异常仿真中的关键问题。对于中断仿真,采用了时钟超时断链机制,解决了直接块链带来的中断响应超时问题;对于异常仿真中的指令定位,采用了地址映射表法,解决了异常指令的定位开销大的问题,测试表明,地址映射表法仿真开销低于重新翻译法。 3.研究了CPU仿真的并行化实现方法,将翻译和执行分配到不同的线程。为了提高并行度,设计并实现了一种超前翻译算法。对缓存分区管理策略的测试表明,翻译块的miss率在2%以下,可以为系统提供较高的 仿真效率;测试结果显示在采用地址映射...
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
表目录
图目录
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 仿真的定义
1.1.2 仿真的分类
1.1.3 仿真的意义
1.1.4 国内外研究现状
1.2 本文研究内容
1.3 论文组织结构
第二章 CPU 仿真技术研究
2.1 典型的CPU 仿真技术
2.1.1 解释执行方法
2.1.2 动态翻译方法
2.1.3 两种仿真方法的对比
2.2 系统级CPU 仿真
2.2.1 CPU 仿真在仿真系统中的位置
2.2.2 CPU 仿真组成及工作流程
2.3 系统级CPU 仿真关键问题分析
2.4 本章小结
第三章 CPU 仿真中的TransCache 管理
3.1 TransCache 管理需要解决的问题
3.1.1 TransCache 管理的内容
3.1.2 TransCache 管理的难点
3.1.3 TransCache 管理的目标
3.2 基于分区的TransCache 管理策略
3.2.1 现有的TransCache 管理算法缺陷
3.2.2 TransCache 分区管理的设计
3.2.3 TransCache 分区管理的实现
3.3 细粒度的TransCache 代码一致性处理
3.3.1 代码一致性和自修改代码
3.3.2 QEMU 自修改代码检测及处理机制
3.3.3 细粒度的自修改代码机制
3.4 本章小结
第四章 中断和异常仿真机制研究
4.1 硬件机器上的中断
4.1.1 中断的分类
4.1.2 中断和异常的处理
4.2 中断和异常在CPU 仿真中的特征
4.2.1 CPU 仿真中中断的特征
4.2.2 CPU 仿真中异常的特征
4.3 中断的仿真
4.3.1 中断延迟处理机制
4.3.2 中断仿真中的块链
4.4 异常的仿真
4.4.1 异常仿真机制
4.4.2 异常指令的定位
4.5 本章小结
第五章 多核平台下的CPU 仿真多线程并行化
5.1 单线程串行的CPU 仿真缺陷
5.2 多核平台CPU 仿真并行性分析
5.3 多线程并行的CPU 仿真模型
5.3.1 基于多核的并行线程设计
5.3.2 并行状态下的线程执行流程
5.4 超前翻译算法
5.4.1 超前翻译路径选择算法
5.4.2 超前翻译任务认领算法
5.5 本章小结
第六章 测试与分析
6.1 TransCache 的分区管理算法测试
6.1.1 测试依据
6.1.2 测试方法与测试结果
6.1.3 测试结果分析
6.2 异常指令定位效率测试
6.2.1 测试依据
6.2.2 测试方法与测试结果
6.2.3 测试结果分析
6.3 仿真并行化测试
6.3.1 测试依据
6.3.2 并行化对基本块miss 率的影响
6.3.3 并行化对有效执行时间的影响
6.4 本章小结
结束语
一、论文工作总结
二、进一步工作展望
参考文献
作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
致谢
本文编号：4054815
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 仿真的定义
1.1.2 仿真的分类
1.1.3 仿真的意义
1.1.4 国内外研究现状
1.2 本文研究内容
1.3 论文组织结构
第二章 CPU 仿真技术研究
2.1 典型的CPU 仿真技术
2.1.1 解释执行方法
2.1.2 动态翻译方法
2.1.3 两种仿真方法的对比
2.2 系统级CPU 仿真
2.2.1 CPU 仿真在仿真系统中的位置
2.2.2 CPU 仿真组成及工作流程
2.3 系统级CPU 仿真关键问题分析
2.4 本章小结
第三章 CPU 仿真中的TransCache 管理
3.1 TransCache 管理需要解决的问题
3.1.1 TransCache 管理的内容
3.1.2 TransCache 管理的难点
3.1.3 TransCache 管理的目标
3.2 基于分区的TransCache 管理策略
3.2.1 现有的TransCache 管理算法缺陷
3.2.2 TransCache 分区管理的设计
3.2.3 TransCache 分区管理的实现
3.3 细粒度的TransCache 代码一致性处理
3.3.1 代码一致性和自修改代码
3.3.2 QEMU 自修改代码检测及处理机制
3.3.3 细粒度的自修改代码机制
3.4 本章小结
第四章 中断和异常仿真机制研究
4.1 硬件机器上的中断
4.1.1 中断的分类
4.1.2 中断和异常的处理
4.2 中断和异常在CPU 仿真中的特征
4.2.1 CPU 仿真中中断的特征
4.2.2 CPU 仿真中异常的特征
4.3 中断的仿真
4.3.1 中断延迟处理机制
4.3.2 中断仿真中的块链
4.4 异常的仿真
4.4.1 异常仿真机制
4.4.2 异常指令的定位
4.5 本章小结
第五章 多核平台下的CPU 仿真多线程并行化
5.1 单线程串行的CPU 仿真缺陷
5.2 多核平台CPU 仿真并行性分析
5.3 多线程并行的CPU 仿真模型
5.3.1 基于多核的并行线程设计
5.3.2 并行状态下的线程执行流程
5.4 超前翻译算法
5.4.1 超前翻译路径选择算法
5.4.2 超前翻译任务认领算法
5.5 本章小结
第六章 测试与分析
6.1 TransCache 的分区管理算法测试
6.1.1 测试依据
6.1.2 测试方法与测试结果
6.1.3 测试结果分析
6.2 异常指令定位效率测试
6.2.1 测试依据
6.2.2 测试方法与测试结果
6.2.3 测试结果分析
6.3 仿真并行化测试
6.3.1 测试依据
6.3.2 并行化对基本块miss 率的影响
6.3.3 并行化对有效执行时间的影响
6.4 本章小结
结束语
一、论文工作总结
二、进一步工作展望
参考文献
作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
致谢
本文编号：4054815
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