基于龍芯平臺(tái)的并行化動(dòng)態(tài)二進(jìn)制翻譯中無鎖隊(duì)列的研究.pdf

1、近年來，主流的桌面和服務(wù)器軟件均基于x86平臺(tái)開發(fā)，但是龍芯是基于MIPS指令集的處理器，因此，如何讓現(xiàn)有x86平臺(tái)的軟件兼容MIPS架構(gòu)，成為了國產(chǎn)芯片發(fā)展的重要問題。二進(jìn)制翻譯是實(shí)現(xiàn)x86軟件與龍芯cpu兼容的一種重要方法，目前龍芯平臺(tái)上主要使用QEMU作為全系統(tǒng)模擬器，它已能通過二進(jìn)制翻譯技術(shù)將windows XP操作系統(tǒng)運(yùn)行在龍芯平臺(tái)上，但其性能有待提高。
　　在處理器頻率發(fā)展步入2GHz以后，憑借提升處理器效率而帶來的性

2、能提升愈加有限，為了保證摩爾定律繼續(xù)有效，多核處理器已經(jīng)成為潮流。但是現(xiàn)有的全系統(tǒng)模擬是串行模擬，只使用了主機(jī)處理器單個(gè)核心的資源，因此全系統(tǒng)模擬的并行化迫在眉睫。真正實(shí)現(xiàn)并行的系統(tǒng)級(jí)模擬，會(huì)大大提升機(jī)器的速度和性能，最終實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)芯片的商業(yè)產(chǎn)業(yè)化。
　　如何讓龍芯平臺(tái)在模擬x86時(shí)能發(fā)揮其核心數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，漸漸成為研究的重點(diǎn)。目前基于QEMU的并行化全系統(tǒng)模擬在業(yè)內(nèi)已經(jīng)有人開始研究，比如PQEMU，HQEMU，COREMU都在不同角度

3、對(duì)QEMU進(jìn)行并行化研究，但是這些并行的全系統(tǒng)模擬器都沒用使用龍芯平臺(tái)作為宿主機(jī)器。本文主要分析了QEMU的運(yùn)行原理，QEMU對(duì)SMP機(jī)器的模擬原理以及現(xiàn)有的并行化QEMU的實(shí)現(xiàn)手段。本文選擇將QEMU對(duì)SMP機(jī)器的模擬由串行改為并行，把QEMU對(duì)SMP機(jī)器不同核的模擬邏輯封裝到不同的線程里，由操作系統(tǒng)對(duì)這些線程進(jìn)行調(diào)度，使這些線程并發(fā)地執(zhí)行在龍芯的多個(gè)核上，從而達(dá)到多核龍芯模擬多核X86機(jī)器的目的。這種并行化方法需要解決兩個(gè)關(guān)鍵問題:

4、原子指令翻譯問題和SMP機(jī)器的中斷模擬問題。本人所在課題組曾提出過一種基于gcc內(nèi)置原子操作函數(shù)的原子指令翻譯方案，但是經(jīng)本人研究發(fā)現(xiàn)這種翻譯方案存在問題，一是對(duì)簡(jiǎn)單指令翻譯的膨脹都超過復(fù)雜指令，二是在解決非對(duì)齊原子指令時(shí)，不能完備地應(yīng)對(duì)所有可能出現(xiàn)的情況。本文提出了一種新的直接使用MIPS的ll/sc指令對(duì)的原子指令翻譯方案，該方案不存在冗余操作，并且能完備地解決非對(duì)齊原子指令翻譯問題。本文使用了linux實(shí)時(shí)信號(hào)與FIFO隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)