可配置嵌入式处理器仿真器的设计与实现

摘要

目前嵌入式处理器在各个领域得到广泛应用，同时不同应用场合又对嵌入式处理器的性能提出不同的需求，这就使得可配置的嵌入式处理器越发受到青睐。通过采用不同的配置，可以使得处理器更加适合各种特定应用场合的需求，同时降低处理器的开销（包括面积，主频，功耗等等）。 为了辅助处理器的设计验证过程，各大公司和研究机构纷纷开发与其各自处理器架构相对应的仿真器。通过使用仿真器，使得处理器的各种设计方案，架构可以在研究开发阶段就得到验证和评估，从而大大提高研究开发的效率，同时也降低了处理器开发的风险。 另一方面随着可配置处理器的不断兴起，由于专门针对可配置处理器设计的仿真器在可配置处理器设计开发以及配置验证阶段所起到的信息反馈作用，使得仿真器变得越发重要，然而目前流行的各种处理器指令集架构仿真器，由于其往往只适用于一种或某几种特定的指令集架构，使其难以适应可配置处理器指令集架构的需求。 针对可配置处理器不断兴起的趋势以及仿真器难以及时跟踪处理器指令集架构变更的问题，本文提出了一套可配置指令集架构功能仿真器的设计方案及实现方法，并进行了大量的测试验证工作。 本文主要包括如下几个方面的内容：首先，本文分析了处理器仿真方法以及主流仿真器架构设计的现状，以对本文中可配置仿真器的设计提供必要的参考；之后本文对可配置指令集架构功能仿真器的设计需求和应具备的功能进行分析，并由此提出可配置指令集架构功能仿真器的架构；为使仿真器具备可配置特性，本文提出了包括指令集架构对象化描述，指令队列模型，控制流转换查询表以及硬件模型描述等在内的一系列解决方案和建模方法；最终本文介绍了可配置指令集功能仿真器的测试验证过程，包括通过单指令仿真和指令流仿真验证了仿真器同处理器架构的一致性，并通过对不同处理器指令集架构在仿真器上的实验证明仿真器具备较高的可配置特性，可以通过简单的配置适应新的指令集架构。