【摘要】： 現(xiàn)代處理器設(shè)計過程中,軟件模擬器已經(jīng)成為不可或缺的重要驗證工具。與不使用模擬技術(shù)的計算機系統(tǒng)或處理器設(shè)計方法相比,軟件模擬技術(shù)可以極大地降低設(shè)計成本和縮短設(shè)計周期。本實驗室從事處理器設(shè)計已經(jīng)多年,越發(fā)體驗到軟件模擬技術(shù)在工程設(shè)計中的重要性。鑒于早先開發(fā)的指令集模擬器在早期指令集設(shè)計中發(fā)揮了重要的作用,對于處理器體系結(jié)構(gòu)的仿真主要依靠Verilog模型來實現(xiàn),而利用該模型進行的仿真是非常耗時的。因此隨著處理器設(shè)計的深入,為了快速反映處理器微結(jié)構(gòu)的性能,本文以實際需求為出發(fā)點,參考現(xiàn)有的模擬器設(shè)計開發(fā)了針對嵌入式媒體數(shù)字信號處理器MediaDSP64(簡稱MD64)處理器的周期級模擬器SimMD64。 通常開發(fā)一個微體系結(jié)構(gòu)周期級軟件模擬器是一項較為困難的工作,因此,本文在充分調(diào)研了國內(nèi)外軟件模擬技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過對比選擇,確定以SimpleScalar模擬器為基礎(chǔ),開發(fā)出適合MD64處理器體系結(jié)構(gòu)的周期級精確軟件模擬器。一個完整的微體系結(jié)構(gòu)周期級軟件模擬器工具,不僅包括了模擬器本身,而且同時需要開發(fā)出相應(yīng)的編譯工具作為支持。因而在SimMD64的開發(fā)過程涉及了交叉編譯工具鏈的開發(fā)與MD64處理器體系結(jié)構(gòu)的建模,以及通用處理器模擬技術(shù)的應(yīng)用等幾個方面。 SimMD64模擬器的開發(fā)做為本文的重點章節(jié),依據(jù)第二章中提出的模擬器設(shè)計框架,從目標(biāo)文件的加載、MMU功能模塊的實現(xiàn)、TLB功能的模擬、cache模塊的模擬、通用分支預(yù)測技術(shù)的采用直至MD64微體系結(jié)構(gòu)的建模等幾個方面,層層深入依次展開論述和介紹。 通過圖像、音視頻編解碼等媒體應(yīng)用程序和數(shù)字信號處理應(yīng)用程序在SimMD64模擬器上的評測結(jié)果與在MD64處理器的Verilog描述模型在ModelSim上評測結(jié)果進行的相似度對比實驗,驗證了SimMD64設(shè)計的可靠性--對富含分支指令和DMA操作的媒體應(yīng)用程序模擬相似度達到76%以上,對于DSP kernel(無DMA操作,分支指令較少)應(yīng)用程序的模擬相似度達到了96%以上。就模擬速度而言,進行指令集功能模擬,模擬速度可達到7.20M/s(每秒7.20兆條指令),進行周期級模擬速度可達0.52M/s。最后,通過具體實驗提出了對MD64處理器設(shè)計的改進方案,為今后進一步開發(fā)多核模擬器打下了良好的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TP332
【圖文】：

DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDMAAA BBBusInteri兔 eeUnlttttt臀夢)戶 戶 戶 (CP2))) (((BIU)))))))))))圖2一 1MD64結(jié)構(gòu)圖 2.2MediaDSP64指令集為了適應(yīng)媒體應(yīng)用需求，MD64將RISC體系結(jié)構(gòu)和DSP的計算能力融為一體，它以R工SC體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，兼容MIPS32指令集，同時增加了DSP擴展指令與SIMD指令。指令結(jié)構(gòu)分為面向寄存器操作的寄存器一寄存器類指令和面向存儲器操作的寄存器一存儲器類指令。具體又可分為具有R工SC特點面向寄存器的 MDF(MD64Fundament)類指令，具有DSP特點面向存儲器的 MDD(MD64DSP)類指令，具有SIMD類分裂模式操作支持64bit位操作的MDS(MD64SIMD)類指令以及支持128bit位操作的 EMS(ExtendedMD64SIMD)類指令。MD64處理器將RISC與DSP的指令操作、尋址模式等要素充分融合形成了即善于執(zhí)行系統(tǒng)程序，又善于執(zhí)行數(shù)字信號處理程序

行 ecomPiled55 es(testSPEC95圖2一 5Simplesealar工具集框架針對不同層次設(shè)計人員的需求，Simplescalar提供了六個不同功能的仿真器:Sim一Fast、Sim一Safe、Sim一Profil。、Sim一Caehe、Sim一。10和Sim一outorder，極大方便了研究人員的工作需求。圖2一6表示了Simplescalar模擬器的軟件框架。模擬器采用分層模塊化的組成結(jié)構(gòu)。SimPlescalar通過采用執(zhí)行驅(qū)動技術(shù)(即由目標(biāo)指令模擬器對每一條指令進行解釋執(zhí)行，通過執(zhí)行的結(jié)果驅(qū)動性能模擬器)將功能模擬和性能模擬結(jié)合起來協(xié)同工作，加快了處理器錯誤預(yù)測狀態(tài)的恢復(fù)。對于Sysoall系統(tǒng)調(diào)用I/O指令，SimPlesoalar將其轉(zhuǎn)換成對操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用，并將結(jié)果返回給相應(yīng)指令。 UserProgramsProg/SimInterfaee 5imPlesealrISAPOSIXSystemCallsFUn以ionalCO化M魷 hineDefinition ProxySyseallHandlerPerform陰CeCo沈巨?

AAAAAAAAAAAdd川 川川 Co而 ()))))Mem()))))D~TLBBBMMM朗 oryyyyyyyyyyyyyyy圖3一 17MD64流水線模擬模型其中:Ruu--Feteh、Ruu--ldeeode、RuuseRegfile、RuuesDataAddr、RuuesAdd到Contr、RuuesDataMem、Ruu--piPeeom、Ruu‘Issue、Ruu少叭tebaek分別與MD64的各流水級相對應(yīng)，Ruuc。~t在模擬多發(fā)射的情況下單獨表示為一個指令提交流水級。SimMD64模擬器中周期級的模擬是通過主函數(shù)sim一ain()來實現(xiàn)的: voidsimmain(void){for(;;

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本文編號：2762405