一种ARM指令集仿真器的实现与优化.pdf

( ) 第 29 卷第 2 期 苏 　州 　大 　学 　学 　报 工 　科 　版 Vol29 No. 2 2009 年 4 月 JOURNAL OF SU ZHOU UN IV ER SITY ( EN GIN EER IN G SC IENCE ED ITION ) Ap r. 2009 文章编号 : 1673 - 047X (2009) - 02 - 028 - 04 一种 ARM 指令集仿真器的实现与优化 徐怀亮 ,刘晓升 ,王宜怀 ,朱巧明 (苏州大学计算机科学与技术学院 ,江苏 苏州 2 15006) 摘 　要 : 通过对比不同仿真策略的指令集仿真器的设计 ,为便于调试 ,实现了一种基于解释型策略 的指令仿真系统 ,并对传统的解释策略做了部分优化 ,使得在功能正确的前提下 ,速度比传统方式提 高了近 10倍 ,有效提高了嵌入式系统的软件仿真开发的速度 。 关键词 : 指令集仿真 ;解释型仿真 ;嵌入式系统 中图分类号 : TP3 11　　　　文献标识码 : A 0　引　言 随着嵌入式应用的普及和嵌入式产品更新换代速度的加快 ,嵌入式系统开发的重要 目标开始转向缩短开 发周期和提高产品质量 , 同时也就提高了对高效率开发工具的研究与应用的重视 。因硬件设计完成的周期较 长 ,使得调试工作要等到硬件设计好之后才能进行 ,延长了整个开发周期 ,也就推动了软件仿真调试技术的发 展 。软件仿真的重点是微控制器的仿真 ,而对微控制器的仿真重点又在指令仿真上 , 因此本文给出一种基于 解释型仿真策略的指令仿真器的实现 ,并讨论了几种优化方法 。 本文第一部介绍指令仿真 ,并分析解释型指令仿真的过程 ;第二部分仔细分析了指令仿真过程中的关键 技术 ,并结合实现过程给出了部分优化方法 ;第三部分对本文工作进行了验证和总结 。 1　指令仿真 ( ) 指令集仿真器 In struction Set Sim u lator, ISS 是用来在宿主机仿真另一种 目标机上程序运行过程的软件 工具 。它通过仿真每条指令在 目标处理器上的执行效果来仿真 目标机程序 ,是 目标处理器的软件仿真器 [ 1 ] 。 在嵌入式软硬件的并行开发中 ,指令仿真器是必不可少的工具之一 ,在 目标机可用之前 ,通过它就可以完 成软件的仿真调试 ,真正做到了软硬件的并行开发 。 当前 ,指令仿真策略主要有两种 [ 2 ] :一种是基于解释型的指令仿真策略 ,它将应用程序存入仿真存储器 中 ,在仿真时完成取指 、译码 、运行等操作 ,并将结果存入仿真寄存器或者存储器中;另一种是基于编译型的指 ( ) 令仿真策略 ,它先将应用程序反编译为高级语言文件 通常是 C 语言 ,然后再用 GCC 优化为宿主机的汇编 语言 ,最后完成执行 。 两类指令仿真器各有优缺点 ,前者仿真速度比较慢 ,但它可以很方便地实现对应用程序的控制 。而编译 型指令仿真器由于对源程序进行了反编译后又进行了优化 , 已经丢失了原来的用户程序与高级语言的对应关 系 ,因而只能将程序一次执行完毕 ,对它的执行过程不能提供如解释型指令仿真器那样详细的控制 ,但它由于 在运行时不需要逐条地解释指令 ,因而具有很高的仿真速度 。本设计是仿真调试平台的子模块 ,所以采用解 释型策略 , 以方便完成调试工作 。 收稿 日期 : 2008 - 11 - 12 ( ) 作者简介 : 徐怀亮 1984 - ,男 ,硕士研究生 ,主要研究方向为嵌入式系统及应用 。 ( ) 基金项 目: 江苏省高校产业化基金项目 编号 JH07 - 032 ;苏州市工业攻关项目。 　 第 2 期