通用指令集描述語言的設(shè)計和實現(xiàn).pdf

1、隨著軟硬件技術(shù)的發(fā)展，用軟件虛擬硬件一構(gòu)造虛擬機來輔助硬件設(shè)計、開發(fā)系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件已經(jīng)越來越普遍。通過虛擬機平臺，開發(fā)者可以在一臺PC機上同時使用多個目標機器。軟件開發(fā)者可以在x86機器上使用虛擬機開發(fā)、運行和調(diào)試ARM、8051程序；硬件開發(fā)者也可以在虛擬機上驗證硬件設(shè)計的優(yōu)劣。虛擬機開發(fā)是一個龐大的工程，開發(fā)工作量主要集中在處理器的模擬，即指令集模擬部分，約占總工作量80％左右。如何快速建立高質(zhì)量虛擬仿真環(huán)境，特別是處理器模擬模

2、型是迫切需要解決的問題。 論文在分析主流機器語言和指令集描述語言的基礎(chǔ)上，研究了處理器抽象模型方法，設(shè)計實現(xiàn)了一種輕量級處理器指令集描述語言Smart-ISDL，其目的是為快速高效建立處理器模擬模型提供一種中間形式化語言。Smart-ISDL是一種通用的指令集描述語言，可用于描述各種體系結(jié)構(gòu)的處理器模型，如ARM、MIPS、8051等。通過對CPU模型的抽象，Smart-ISDL可以快速建立處理器模擬模型，將處理器取指、譯碼、執(zhí)

3、行等真實部件映射成Smart-ISDL描述模板文法的相應(yīng)描述模型，完成處理器部件快速模擬。Smart-ISDL模板文法可以直觀地表達指令集行為特點，它通過對體系存儲系統(tǒng)、指令實體相關(guān)特性的描述，并借助輔助工具鏈，自動生成最終代碼，取代使用C/C++等編寫指令集模擬，降低虛擬機模擬和調(diào)試的工作量。Smart-ISDL使用流行的可擴展標記語言XML作為表現(xiàn)形式，在表現(xiàn)力上直觀而且簡單。目前，Smart-ISDL描述模板主要表現(xiàn)為2個直觀的實

4、體：a)機器存儲部件，其中包括了寄存器和內(nèi)存的表示；b)指令實體，包括了指令的格式、類型、指令執(zhí)行時行為等。不同于其他指令集描述語言，Smart-ISDL實現(xiàn)了多體系結(jié)構(gòu)描述，可以描述不同體系CPU支持的指令集合；屏蔽機器各個部件的交互細節(jié)，提供直觀的訪問操作；支持多內(nèi)存體系結(jié)構(gòu)的訪問；支持變長數(shù)據(jù)和變長指令的存取、執(zhí)行；支持對單獨寄存器位訪問操作，并且支持寄存器別名訪問。 在系統(tǒng)級模擬器開發(fā)過程中，通過Smart-ISDL輔助

5、，開發(fā)人員在模擬處理器時可以對體系底層了解甚少，轉(zhuǎn)而關(guān)注指令集執(zhí)行行為特性。理解指令執(zhí)行行為不需要特殊專業(yè)背景。一般說來，指令行為就是對寄存器和內(nèi)存操作以及改變處理器和內(nèi)存系統(tǒng)的狀態(tài)。Smart-ISDL主要作出了以下幾點貢獻：a)降低了模擬器開發(fā)者的要求，Smart-ISDL這種中間語言形式化地表現(xiàn)了處理器各個部件以及指令行為特點。b)減輕了模擬器開發(fā)的工作量，通過Samrt-ISDL描述模板和工具鏈生成目標代碼，可以減少整個開發(fā)的工

6、作量。c)降低了代碼出錯率。d)給模擬器開發(fā)帶來了很多彈性選擇，特別在生成目標代碼時，可以根據(jù)需要生成多個可用部件，比如反匯編器、信息統(tǒng)計、指令跟蹤器等。 論文的研究可以歸納為：首先，分析了機器描述描述語言和指令集描述語言的相關(guān)技術(shù)，并提出指令集描述語言的解決方案；其次，通過抽象處理器模型，設(shè)計實現(xiàn)了Smart-ISDL描述模板文法，為快速高效建立處理器模型提供了一種中間描述語言；最后，設(shè)計實現(xiàn)了Smart-ISDL的解釋器用于