快速龙芯处理器指令集模拟平台设计与实现

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当前随着嵌入式系统快速发展及应用,嵌入式系统软硬件设计越来越复杂。为了验证设计正确性,需要设计人员使用模拟器对系统进行评估验证。  嵌入式系统的核心部件是微处理器,对于微处理器验证需要设计相应的指令集模拟器。通过使用指令集模拟器,设计者能够在硬件原型构造之前,使用软件模拟技术,即可在模拟器上开发出大量应用程序。龙芯GS232处理器面向高校开放了RTL源码,需要配套的GS232核指令集模拟器,以便用户在没有硬件的条件下,也可完成软件调式工作。  本文基于OVP虚拟平台实现对龙芯GS232核指令模拟,主要工作和贡献如下:  1.设计和实现了GS232处理器核的指令模拟器。可模拟317条龙芯指令,包含存取、计算、跳转分支、协处理器等指令。在处理器核建模中,实现了指令译码、指令反汇编以及指令翻译过程。  2.实现了模拟器的功能扩展模块和优化,增强了指令功能、指令模拟准确性以及性能提升。在增强指令功能方面,采用半主机技术模拟了系统调用;在指令模拟准确性方面,通过指令异常处理模块以及模拟处理器核不同运行模式,实现了指令在运行中各种异常处理,以及指令在处理器核处于不同运行模式下拥有正确的指令行为;在性能优化方面,提出了跳转指令优化技术。  3.完成指令模拟器功能和性能测试。通过汇编测试用例,完成了逐条指令功能测试,验证了指令模拟器功能正确性。通过运行标准测试集程序SPECCPU2000,进行了性能测试,模拟器运行速度平均达到800 MIPS。此外,本文提出的跳转指令优化技术,平均提升了模拟速度约2.72%。
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