基于函數(shù)式編程模型的虛擬機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、自20世紀(jì)60年代以來，研究人員就開始了對于虛擬機(jī)和硬件虛擬化的研究。隨著芯片制造工藝的飛速發(fā)展，各式各樣的嵌入式設(shè)備大量地涌現(xiàn)了出來。但是由于物理設(shè)備自身的封閉性，無論是調(diào)試或者捕獲設(shè)備內(nèi)部狀態(tài)，都顯得就極為困難。而虛擬機(jī)技術(shù)則為軟件開發(fā)提供了極大的便利。通過虛擬機(jī)技術(shù)，可以將各種各樣的異構(gòu)硬件設(shè)備運(yùn)行于Intel x86體系的通用PC機(jī)上。為基于特定硬件設(shè)備的軟件開發(fā)降低調(diào)試和驗(yàn)證的復(fù)雜性，同時避免實(shí)際部署時的開銷，又省去了對開發(fā)專

2、用硬件設(shè)備的依賴。
　　由于虛擬機(jī)本身也可以稱為一種軟件產(chǎn)品，所以它的設(shè)計(jì)與開發(fā)嚴(yán)格按照軟件工程的規(guī)范，從需求分析，功能設(shè)計(jì)，功能實(shí)現(xiàn)到最后的功能和性能的測試。結(jié)合物理設(shè)備高耦合、硬件邏輯確定、輸入輸出設(shè)備行為狀態(tài)不可知等特點(diǎn)，將虛擬機(jī)分為輸入輸出設(shè)備，存儲設(shè)備和核心算邏部件三大部分。在設(shè)計(jì)中以函數(shù)式編程的方式，結(jié)合Monad結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了便于開發(fā)和調(diào)試的虛擬機(jī)模型。并以NES8位機(jī)為例，以自定義的NES Monad結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，用函

3、數(shù)式編程語言Haskell分別實(shí)現(xiàn)了CPU，內(nèi)存和IO接口，圖像處理單元（PPU）等不同功能和結(jié)構(gòu)的硬件設(shè)備，將基于8位CPU的NES虛擬機(jī)運(yùn)行于基于Intel x86 CPU的操作系統(tǒng)之上。并通過大量的測試用例，驗(yàn)證了基于函數(shù)式的虛擬機(jī)在的虛擬機(jī)在運(yùn)行時的可靠性和正確性。
　　在實(shí)際的工作中，硬件的開發(fā)設(shè)計(jì)者，只需要根據(jù)硬件的實(shí)際邏輯特性，修改對應(yīng)的虛擬機(jī)模塊，即可以在更短的時間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)一套完整而健壯的針對特定硬件虛擬機(jī)環(huán)境。為