面向QEMU虚拟机的结构优化和调试器的设计

发布时间：2017-09-27 18:30

  本文关键词：面向QEMU虚拟机的结构优化和调试器的设计

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【摘要】：电子系统级(ESL,Electronic System Level)平台以抽象方式描述SoC系统，给软硬件工程师提供一个虚拟的硬件原型仿真平台，用于进行硬件系统结构的探索和软件程序的开发。随着SoC系统集成度的提高以及各类系统/应用软件的复杂度的提升，利用ESL平台在SoC系统设计早期开展软硬件协同设计将直接影响系统设计的成败。QEMU虚拟机是一个典型的ESL平台，可以模拟当前主流处理器，并支持对处理器指令的扩展。它采用先进的动态二进制翻译技术，能使的平台的仿真速度接近真实的机器运行速度。但是，目前QEMU虚拟机的设计还存在几个问题，如缺乏较好的、可扩展的软件调试手段，，对处理器的仿真精度不够，而且在仿真速度上还有很大的提升空间。 首先，针对QEMU虚拟机缺乏较好的、可扩展的软件调试手段的问题，本文实现了远程交叉调试所需的调试通信协议，设计并实现了具有基本调试功能的远程交叉调试器来调试运行在虚拟机中的程序，验证了调试通信协议的有效性、虚拟机端调试机制的正确性。虚拟机端调试模块与调试器间采用RSP (RemoteSerial Protocol)调试通信协议进行通信。基于虚拟机的调试子系统的设计完成，不是作为现有调试手段及技术的替代，而是作为一种补充。它们共同配合来确保嵌入式软件产品的质量和开发的效率。 其次，针对QEMU虚拟机提高仿真速度、提升仿真精度的问题，本文还为仿真品平台QEMU提供了一种优化的方法，以消除冗余指令来减少操作的个数来加速翻译后代码的运行。并且添加Cache模块，以使得仿真平台能更好的模拟硬件，从而得到更加精确的仿真信息，使得仿真平台结构更加优化。
【关键词】：ESL平台 QEMU 调试器 结构优化
【学位授予单位】：天津大学
【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
• 第一章 绪论8-11
• 1.1 课题的研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外的研究现状9
• 1.3 本文研究工作9-10
• 1.4 本文章节内容安排10-11
• 第二章 相关工作11-19
• 2.1 动态二进制翻译技术11-12
• 2.2 嵌入式开发相关概念12-13
• 2.2.1 宿主机12-13
• 2.2.2 目标机13
• 2.2.3 交叉开发环境13
• 2.3 嵌入式系统开发过程13-15
• 2.4 硬件调试技术概述15-17
• 2.4.1 Crash and Burn15-16
• 2.4.2 在线仿真器16-17
• 2.5 软件调试技术概述17-19
• 2.5.1 GDB-Stub 介绍18
• 2.5.2 GDBServer 方案介绍18-19
• 第三章 面向 QEMU 的调试器的设计19-32
• 3.0 QEMU 调试系统结构19-20
• 3.1 RSP 通信协议20-21
• 3.1.1 协议包格式和命令类型20-21
• 3.1.2 效验算法21
• 3.2 基于 QEMU 的 GDBServer 的设计与实现21-30
• 3.2.1 虚拟机端机器状态的切换22-23
• 3.2.2 gdb_srv_start_and_wait()函数的实现23
• 3.2.3 插入断点函数和移除断点23-24
• 3.2.4 读寄存器操作与写寄存器操作24-25
• 3.2.5 读取 GDB 数据包操作25-27
• 3.2.6 调试过程中对命令的解析和执行27-30
• 3.2.7 gdb_loop()函数的实现30
• 3.2.8 断点的捕获30
• 3.4 实验结果30-32
• 第四章 面向 QEMU 虚拟机的优化32-44
• 4.1 QEMU 的优化32-36
• 4.1.1 优化的概述32-33
• 4.1.2 优化的方法33-36
• 4.2 Cache 模块的添加36-38
• 4.3 指令 Cache 的设计38-39
• 4.3.1 指令 Cache 的写操作38-39
• 4.3.2 指令 Cache 的读操作39
• 4.4 指令 Cache 的设计39-42
• 4.4.1 数据 Cache 的写操作40-41
• 4.4.2 数据 Cache 的读操作41-42
• 4.5 Cache 仿真平台的构建42-43
• 4.6 实验结果43-44
• 第五章 总结与展望44-46
• 5.1 总结44
• 5.2 展望44-46
• 参考文献46-48
• 发表论文和参加科研情况说明48-49
• 致谢49

【共引文献】

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本文编号：931283