协同仿真中标志位与寄存器分配优化技术研究

发布时间：2017-08-31 22:27

  本文关键词：协同仿真中标志位与寄存器分配优化技术研究

  更多相关文章： 协同仿真 标志位优化 寄存器分配优化 自定义指令 寄存器映射 影子寄存器

【摘要】：随着微电子技术的发展,出现了大量不同体系结构的新型处理器。研究如何把基于x86架构的丰富软件资源移植到新型处理器平台,已成为实现新型处理器快速应用普及的有效途径。协同式x86系统仿真通过在处理器底层增加特定功能的硬件部件,能够达到比纯软件系统仿真更高的效率,从而实现x86操作系统和应用程序在新型处理器平台上的高效透明运行。本文在分析纯软件x86系统仿真器ARCH-BRIDGE性能瓶颈的基础上,基于开源处理器OpenRISC 1200构建了协同式x86系统仿真平台CoAB(Co-Designed ARCH-BRIDGE),以研究通过软硬件协同来提升x86系统仿真性能的方法;针对x86标志位处理的仿真开销,提出了以寄存器直接映射技术为基础、由自定义指令控制模拟标志寄存器读写的标志位处理软硬件协同优化方法,该方法将仿真中复杂的软件标志位读取和修改操作各转化为1条自定义指令操作,提高了标志位处理效率;针对仿真中寄存器分配机制导致的目标代码膨胀率高、翻译引擎和执行引擎间切换开销大的问题,提出了以寄存器映射、自定义指令和影子寄存器为基础的寄存器分配软硬件协同优化方法,该方法通过寄存器映射将源机器对部分内存中模拟的寄存器操作转化为对宿主机寄存器的操作,降低了翻译后目标代码膨胀率,通过自定义指令和影子寄存器将引擎切换时上下文的备份和恢复操作简化为2条自定义指令,提高了引擎切换效率。测试表明,标志位处理协同优化方法能够正确完成带标志位操作的x86指令翻译、模拟标志寄存器的读写,相对优化前,目标代码膨胀率最高降低了25.4%;寄存器分配协同优化后,目标代码膨胀率最高降低了24.7%,运行时间最多能够获得1.49的加速比。
【关键词】：协同仿真 标志位优化 寄存器分配优化 自定义指令 寄存器映射 影子寄存器
【学位授予单位】：解放军信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP332.11
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 研究现状与发展趋势12-14
• 1.2.1 国外相关研究12-13
• 1.2.2 国内相关研究13-14
• 1.2.3 发展趋势14
• 1.3 论文主要研究内容14-15
• 1.4 论文组织结构15-17
• 第二章 系统仿真及优化技术研究17-31
• 2.1 系统仿真工作原理17-20
• 2.1.1 系统仿真主要工作17-18
• 2.1.2 系统仿真实现技术18-20
• 2.2 制约系统仿真性能的因素20-24
• 2.2.1 指令译码与翻译21
• 2.2.2 代码缓存的查找21-22
• 2.2.3 标志位处理22
• 2.2.4 寄存器分配22-23
• 2.2.5 上下文切换23
• 2.2.6 代码膨胀率23-24
• 2.3 系统仿真优化技术24-29
• 2.3.1 软件优化方法24-26
• 2.3.2 硬件优化方法26-27
• 2.3.3 软硬协同式优化方法27-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第三章 协同式x86系统仿真平台Co AB31-47
• 3.1 x86与Open RISC体系结构分析31-34
• 3.1.1 标志位表示差异32
• 3.1.2 寄存器数量和功能差异32-34
• 3.2 系统仿真器AB及其存在的问题34-41
• 3.2.1 AB工作原理34-37
• 3.2.2 标志位处理问题37-38
• 3.2.3 寄存器分配问题38-41
• 3.3 软硬协同优化思路41-43
• 3.3.1 标志位处理协同优化思路41-42
• 3.3.2 寄存器分配协同优化思路42-43
• 3.4 协同式X86系统仿真平台Co AB43-45
• 3.4.1 软件部分44-45
• 3.4.2 硬件部分45
• 3.5 本章小结45-47
• 第四章 标志位处理软硬件协同优化47-61
• 4.1 设计思路47-48
• 4.1.1 主要功能47
• 4.1.2 需处理的关键问题47-48
• 4.2 关键模块的设计与实现48-54
• 4.2.1 指令标记48-50
• 4.2.2 模拟标志寄存器50-51
• 4.2.3 自定义指令51
• 4.2.4 掩码和功能选择数表51-52
• 4.2.5 标志位读写逻辑52-54
• 4.3 整体结构设计与协同工作流程54-55
• 4.3.1 整体结构设计54
• 4.3.2 协同工作流程54-55
• 4.4 测试与分析55-58
• 4.4.1 测试平台55-56
• 4.4.2 硬件通路正确性验证56-57
• 4.4.3 代码膨胀率测试57-58
• 4.4.4 性能评价58
• 4.5 相关工作及比较58-59
• 4.6 本章小结59-61
• 第五章 寄存器分配软硬件协同优化61-71
• 5.1 设计思路61-62
• 5.1.1 主要功能61
• 5.1.2 需处理的关键问题61-62
• 5.2 关键模块的设计与实现62-66
• 5.2.1 寄存器映射62-63
• 5.2.2 影子寄存器63-64
• 5.2.3 自定义指令64-66
• 5.3 整体结构设计与协同工作流程66-67
• 5.3.1 整体结构设计66-67
• 5.3.2 协同工作流程67
• 5.4 测试与分析67-69
• 5.4.1 测试平台67-68
• 5.4.2 代码膨胀率测试68
• 5.4.3 性能提升测试68-69
• 5.4.4 性能评价69
• 5.5 相关工作及比较69-70
• 5.6 本章小结70-71
• 结束语71-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-81
• 作者简历81

【参考文献】

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本文编号：768307