基于函数式编程模型的虚拟机的设计与实现

发布时间：2017-07-16 22:06

  本文关键词：基于函数式编程模型的虚拟机的设计与实现

  更多相关文章： 虚拟机 模拟器 函数式编程 Haskell

【摘要】：自20世纪60年代以来，研究人员就开始了对于虚拟机和硬件虚拟化的研究。随着芯片制造工艺的飞速发展，各式各样的嵌入式设备大量地涌现了出来。但是由于物理设备自身的封闭性，无论是调试或者捕获设备内部状态，都显得就极为困难。而虚拟机技术则为我们的软件开发提供了极大的便利。通过虚拟机技术，我们可以将各种各样的异构硬件设备运行于Intel x86体系的通用PC机上。为基于特定硬件设备的软件开发降低调试和验证的复杂性，同时避免实际部署时的开销，又省去了对开发专用硬件设备的依赖。 由于虚拟机本身也可以称为一种软件产品，所以它的设计与开发严格按照软件工程的规范，从需求分析，功能设计，功能实现到最后的功能和性能的测试。结合物理设备高耦合、硬件逻辑确定、输入输出设备行为状态不可知等特点，将虚拟机分为输入输出设备，存储设备和核心算逻部件三大部分。在设计中以函数式编程的方式，结合Monad结构，设计了便于开发和调试的虚拟机模型。并以NES8位机为例，以自定义的NES Monad结构为基础，用函数式编程语言Haskell分别实现了CPU，内存和IO接口，图像处理单元（PPU）等不同功能和结构的硬件设备，将基于8位CPU的NES虚拟机运行于基于Intel x86CPU的操作系统之上。并通过大量的测试用例，，验证了基于函数式的虚拟机在的虚拟机在运行时的可靠性和正确性。 在实际的工作中，硬件的开发设计者，只需要根据硬件的实际逻辑特性，修改对应的虚拟机模块，即可以在更短的时间内，实现一套完整而健壮的针对特定硬件虚拟机环境。为特种设备的开发和基于嵌入式设备的软件开发提供更大的便捷。
【关键词】：虚拟机 模拟器 函数式编程 Haskell
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP302
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 课题研究背景8
• 1.2 课题的研究目的及其意义8-10
• 1.3 国内外研究现状10
• 1.4 主要工作和组织结构10-12
• 2 基于函数式编程模型的虚拟机的需求分析12-20
• 2.1 虚拟机的兼容性需求分析12-15
• 2.2 虚拟机的功能需求分析15-18
• 2.3 虚拟机的非功能需求分析18
• 2.4 本章小结18-20
• 3 基于函数式编程模型的虚拟机的设计20-39
• 3.1 虚拟机的功能模块结构设计20
• 3.2 功能模块详细设计20-38
• 3.3 本章小结38-39
• 4 基于函数式编程模型的虚拟机的实现39-60
• 4.1 基于函数式的虚拟机控制系统的实现39-42
• 4.2 虚拟机调试模块的实现42-44
• 4.3 虚拟机 CPU 的实现44-55
• 4.4 虚拟机内存的实现55-57
• 4.5 虚拟机 I/O 设备的实现57-59
• 4.6 本章小结59-60
• 5 基于函数式编程模型的虚拟机的测试60-64
• 5.1 测试的基本方法60
• 5.2 虚拟机的白盒测试60-61
• 5.3 虚拟机的黑盒测试61-62
• 5.4 虚拟机的性能测试62-63
• 5.5 本章小结63-64
• 6 总结与展望64-66
• 6.1 全文总结64
• 6.2 展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70

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本文编号：550729