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动态二进制翻译中全寄存器直接映射方法

计算机应用与软件 2011年第11期28卷 21-24,48页

作者：廖银孙广中姜海涛靳国杰陈国良中国科学技术大学计算机科学与技术学院安徽合肥230027 中国科学院计算技术研究所北京100190

二进制翻译是不同体系结构之间软件移植的重要手段。体系结构和硬件环境上的差别,可以通过二进制翻译系统来弥补,在翻译过程中往往使用多条本地指令模拟一条目标指令,翻译代码规模随之显著增加,从而导致被翻译程序的执行效率下降。寄存... 详细信息

二进制翻译是不同体系结构之间软件移植的重要手段。体系结构和硬件环境上的差别,可以通过二进制翻译系统来弥补,在翻译过程中往往使用多条本地指令模拟一条目标指令,翻译代码规模随之显著增加,从而导致被翻译程序的执行效率下降。寄存器作为处理器和内存交换信息的重要存储部件,寄存器的模拟器方式对于程序的性能有着至关重要的影响。为了提高特定平台翻译后代码的执行效率,提出了在动态二进制翻译机制中使用全部寄存器直接映射方法,详细分析了二进制翻译中的上下文切换原理和寄存器访问范围,为异构平台之间寄存器直接映射提供方法指导。利用QEMU模拟器,把x86架构的8个通用寄存器全部的直接映射到MIPS架构的对应寄存器,在此基础上,进行大量的指令翻译规则的简化。实验数据表明,该方法可以有效简化指令翻译,降低代码膨胀率,使得SPEC CINT 2000测试程序在龙芯CPU上翻译后代码运行时间下降了30%-40%。

关键词：动态二进制翻译寄存器映射 x86体系结构 MIPS体系结构 QEMU

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基于静态寄存器分配的系统仿真协同优化方法

计算机应用 2014年第5期34卷 1404-1407,1422页

作者：蒋烈辉陈慧超董卫宇张彦文信息工程大学数学工程与先进计算国家重点实验室郑州450001

针对X86系统仿真中基于静态寄存器分配的代码翻译机制导致的目标代码膨胀率高、翻译引擎和执行引擎间切换开销大两方面问题,提出了以寄存器映射、自定义指令和影子寄存器为基础的软硬协同优化方法。寄存器映射优化将对内存中模拟的源机... 详细信息

针对X86系统仿真中基于静态寄存器分配的代码翻译机制导致的目标代码膨胀率高、翻译引擎和执行引擎间切换开销大两方面问题,提出了以寄存器映射、自定义指令和影子寄存器为基础的软硬协同优化方法。寄存器映射优化将对内存中模拟的源机器寄存器的操作转化为对本地机器寄存器操作,降低了翻译后目标代码膨胀率;自定义指令和影子寄存器优化将引擎切换时上下文的备份和恢复操作简化为2条自定义指令,提升了引擎切换效率。相比协同优化前,X86仿真系统Linux-0.2的翻译后目标代码膨胀率降低了21.9%,开关机时间获得了1.35的加速比。测试结果表明了该协同优化方法对于提升系统仿真效率具有可行性和有效性。

关键词：系统仿真协同优化寄存器映射自定义指令影子寄存器

基于中间表示规则替换的二进制翻译中间代码优化方法

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国防科技大学学报 2021年第4期43卷 156-162页

作者：李男庞建民战略支援部队信息工程大学河南郑州450001 数学工程与先进计算国家重点实验室河南郑州450002

动态二进制翻译在实现多源到多目标的程序翻译过程中,为屏蔽不同源平台间的硬件差异引入中间代码,采用内存虚拟策略进行实现,但同时带来中间代码膨胀问题。传统的中间代码优化方法主要采用对冗余指令进行匹配删除的方法。将优化重点聚... 详细信息

动态二进制翻译在实现多源到多目标的程序翻译过程中,为屏蔽不同源平台间的硬件差异引入中间代码,采用内存虚拟策略进行实现,但同时带来中间代码膨胀问题。传统的中间代码优化方法主要采用对冗余指令进行匹配删除的方法。将优化重点聚焦在针对特殊指令匹配的中间表示规则替换上,提出了一种基于中间表示规则替换的二进制翻译中间代码优化方法。该方法针对中间代码膨胀所呈现的几种典型情景,描述了中间表示替换规则,并将以往应用在后端代码优化上的寄存器直接映射策略应用在此处。通过建立映射公式,实现了将原来的内存虚拟操作替换为本地寄存器操作,从而降低了中间代码膨胀率。使用SPEC CPU2006测试集进行了实验,验证了此优化方法的正确性和有效性。测试用例在优化前和优化后的执行结果一致,验证了优化方法的正确性;优化后测试用例的中间代码平均缩减率达到32.59%,验证了优化方法的有效性。

关键词：动态二进制翻译中间代码内存虚拟策略代码膨胀中间表示规则寄存器映射

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协同仿真中标志位与寄存器分配优化技术研究

协同仿真中标志位与寄存器分配优化技术研究

作者：陈慧超解放军信息工程大学

学位级别：硕士

随着微电子技术的发展,出现了大量不同体系结构的新型处理器。研究如何把基于x86架构的丰富软件资源移植到新型处理器平台,已成为实现新型处理器快速应用普及的有效途径。协同式x86系统仿真通过在处理器底层增加特定功能的硬件部件,能... 详细信息

随着微电子技术的发展,出现了大量不同体系结构的新型处理器。研究如何把基于x86架构的丰富软件资源移植到新型处理器平台,已成为实现新型处理器快速应用普及的有效途径。协同式x86系统仿真通过在处理器底层增加特定功能的硬件部件,能够达到比纯软件系统仿真更高的效率,从而实现x86操作系统和应用程序在新型处理器平台上的高效透明运行。本文在分析纯软件x86系统仿真器ARCH-BRIDGE性能瓶颈的基础上,基于开源处理器OpenRISC 1200构建了协同式x86系统仿真平台CoAB(Co-Designed ARCH-BRIDGE),以研究通过软硬件协同来提升x86系统仿真性能的方法;针对x86标志位处理的仿真开销,提出了以寄存器直接映射技术为基础、由自定义指令控制模拟标志寄存器读写的标志位处理软硬件协同优化方法,该方法将仿真中复杂的软件标志位读取和修改操作各转化为1条自定义指令操作,提高了标志位处理效率;针对仿真中寄存器分配机制导致的目标代码膨胀率高、翻译引擎和执行引擎间切换开销大的问题,提出了以寄存器映射、自定义指令和影子寄存器为基础的寄存器分配软硬件协同优化方法,该方法通过寄存器映射将源机器对部分内存中模拟的寄存器操作转化为对宿主机寄存器的操作,降低了翻译后目标代码膨胀率,通过自定义指令和影子寄存器将引擎切换时上下文的备份和恢复操作简化为2条自定义指令,提高了引擎切换效率。测试表明,标志位处理协同优化方法能够正确完成带标志位操作的x86指令翻译、模拟标志寄存器的读写,相对优化前,目标代码膨胀率最高降低了25.4%;寄存器分配协同优化后,目标代码膨胀率最高降低了24.7%,运行时间最多能够获得1.49的加速比。

关键词：协同仿真标志位优化寄存器分配优化自定义指令寄存器映射影子寄存器

X86系统仿真中软硬协同标志位处理优化方法

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计算机工程与设计 2014年第7期35卷 2476-2481页

作者：陈慧超蒋烈辉刘强娄睿信息工程大学河南郑州450001 数学工程与先进计算国家重点实验室河南郑州450001 中国人民解放军总后勤部司令部北京100842

为有效降低X86源指令集体系结构标志位的模拟开销,针对软件X86系统仿真中的动态二进制翻译过程,提出了以寄存器直接映射技术为基础的、由自定义指令控制模拟标志寄存器读写的软硬协同标志位处理优化方法。该方法能够有效降低翻译后目标... 详细信息

为有效降低X86源指令集体系结构标志位的模拟开销,针对软件X86系统仿真中的动态二进制翻译过程,提出了以寄存器直接映射技术为基础的、由自定义指令控制模拟标志寄存器读写的软硬协同标志位处理优化方法。该方法能够有效降低翻译后目标代码膨胀率,提高翻译后目标代码执行效率。测试结果表明,该协同设计能够正确完成带标志位操作的X86指令翻译、模拟标志寄存器的读取与修改,在Linux-0.2操作系统启动过程测试集下,翻译后目标代码膨胀率相对优化前降低了29.6%。

关键词：标志位优化软硬协同系统仿真自定义指令寄存器映射

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基于龙芯处理器进程级虚拟机的优化

基于龙芯处理器进程级虚拟机的优化

作者：蔡嵩松首都师范大学

学位级别：硕士

龙芯处理器是我国自主研发的高性能通用处理器,它兼容MIPS64指令集和一些专用指令,采用先进的结构设计技术,充分开发指令级并行性,已跻身世界先进通用处理器的行列。龙芯处理器基于MIPS架构,而在当今占据大型的服务器主导地位是X86架构... 详细信息

龙芯处理器是我国自主研发的高性能通用处理器,它兼容MIPS64指令集和一些专用指令,采用先进的结构设计技术,充分开发指令级并行性,已跻身世界先进通用处理器的行列。龙芯处理器基于MIPS架构,而在当今占据大型的服务器主导地位是X86架构,大部分桌面操作系统和应用软件也都基于X86。龙芯处理器为了能够广泛地运行服务器类应用,实现与X86架构的兼容就成为了必要的任务;另外,X86架构的应用程序更加多样化,很多商业的软件都是基于X86架构的,所以龙芯处理器要想更为广泛地运行多样化的应用,也非常需要实现对X86的兼容。目前有很多开源的虚拟机平台,可以实现MIPS到X86平台的异构支持,QEMU动态二进制翻译器就是其中的一种,它有系统级和进程级两种工作模式,并且可以实现多种异构平台的映射。具有依赖平台多样、翻译效率相对较高、开源易移植等优点,因此选择QEMU作为二进制翻译的主要媒介,实现龙芯处理器的进程级虚拟机,以达到龙芯处理器兼容X86应用程序的目的。由于二进制翻译器是纯软件的翻译,程序的运行速度成为了关键的问题。龙芯处理器要支持虚拟机,仅依靠软件的实现难以满足人们的需求,对虚拟机加速也就成为了首要的问题。龙芯三号处理器的设计规范已经添加了相应的硬件支持以实现对虚拟机的性能需求,但除此之外软件方面的优化作用也不可忽视。本文正是通过对QEMU虚拟机的改造和添加,达到了优化和加速的目的。改造和优化主要包括寄存器处理优化、非对齐访存指令优化和多媒体指令优化三方面。在龙芯2F处理器和龙芯3号单核FPGA平台上,使用SPEC2000进行测试,测试结果表明,最终获得了整点性能提高19.94%,浮点性能提高53.44%的效果。

关键词：龙芯处理器 QEMU虚拟机二进制翻译寄存器映射非对齐访存多媒体指令