基于QEMU的指令集架构仿真及优化技术研究与实现

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基于动态二进制翻译技术的指令集架构仿真平台能为开发人员提供用于运行特定指令集架构软件的虚拟的硬件环境,从而常常作为工具链的重要一环被广泛应用于嵌入式开发和硬件原型验证等领域。基于主流的开源指令集架构仿真器QEMU,本文研究了两类场景下指令集架构仿真技术的实现与优化:针对嵌入式专用处理器的场景,本文设计并实现了 TI公司的TMS320C3X系列浮点DSP指令集架构的仿真翻译算法,并针对其不包含虚拟内存和浮点运算仿真开销大的特点对翻译算法进行了优化;针对目标架构支持虚拟内存的场景,本文分析了 QEMU现有动态跳转实现方式中的不足,根据常见虚拟内存系统的特点提出了基于地址空间标识符的动态跳转处理方案,并以RISC-V64为目标架构进行了实现。在一系列测试程序上进行的实验表明,基于QEMU的TMS320C3X仿真器相较于基于解释执行的UNISIM仿真器在运行性能上有较大提升。而基于地址空间描述符的动态跳转方案相较于原生QEMU实现了平均约12%的运行性能提升。
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