基于龍芯平臺的并行化動態(tài)二進制翻譯中無鎖隊列的研究.pdf

1、近年來，主流的桌面和服務器軟件均基于x86平臺開發(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平臺的軟件兼容MIPS架構，成為了國產芯片發(fā)展的重要問題。二進制翻譯是實現(xiàn)x86軟件與龍芯cpu兼容的一種重要方法，目前龍芯平臺上主要使用QEMU作為全系統(tǒng)模擬器，它已能通過二進制翻譯技術將windows XP操作系統(tǒng)運行在龍芯平臺上，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，只使用了主機處理器單個核心的資源，因此全系統(tǒng)模擬的并行化迫在眉睫。真正實現(xiàn)并行的系統(tǒng)級模擬，會大大提升機器的速度和性能，最終實現(xiàn)國產芯片的商業(yè)產業(yè)化。
　　如何讓龍芯平臺在模擬x86時能發(fā)揮其核心數(shù)量優(yōu)勢，漸漸成為研究的重點。目前基于QEMU的并行化全系統(tǒng)模擬在業(yè)內已經有人開始研究，比如PQEMU，HQEMU，COREMU都在不同角度

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

4、原子指令翻譯問題和SMP機器的中斷模擬問題。本人所在課題組曾提出過一種基于gcc內置原子操作函數(shù)的原子指令翻譯方案，但是經本人研究發(fā)現(xiàn)這種翻譯方案存在問題，一是對簡單指令翻譯的膨脹都超過復雜指令，二是在解決非對齊原子指令時，不能完備地應對所有可能出現(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齊原子指令翻譯問題。本文使用了linux實時信號與FIFO隊列來實現(xiàn)