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动态二进制翻译系统中浮点运算单元研究

作　者: 蔡战举
导　师: 邹恒明
学　校: 上海交通大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 动态二进制翻译 CrossBit 浮点运算单元 SSE X87 寄存器分配
分类号: TP391.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 22次
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内容摘要


在动态二进制翻译系统中,浮点运算单元是用来翻译和执行浮点运算指令的一个重要组成部分。它负责翻译前端可执行程序中的浮点指令,使得相应逻辑能够在后端处理器上正确执行。浮点运算单元在保证正确性的前提下,提高其性能是一个重要指标。CrossBit是一个可重定向的动态二进制翻译系统,在X86后端中已利用X87浮点指令实现了浮点运算单元。除了X87浮点运算单元,X86平台还有SSE浮点运算单元。本文研究如何在CrossBit中综合利用这两个浮点运算单元,构造一个更高效的混合式的浮点运算单元,从而提高CrossBit浮点运算单元的执行性能。要使CrossBit能够使用SSE浮点指令,需要有既能够表达前端MIPS浮点指令,又能够表达后端SSE浮点指令的中间指令。在混合式浮点运算单元设计与实现过程中,论文的主要工作包括:一、扩充和改进中间指令,解决了中间指令能够同时表达X87浮点指令和SSE浮点指令的问题。二、X87浮点指令和SSE浮点指令共享前端浮点状态部件,解决了两种指令能够共存的问题。三、实现了前端MIPS指令到扩充后中间指令的解释器。四、实现了扩充后中间指令到后端X87和SSE浮点指令的翻译器。五、实现了简化的图染色寄存器分配算法,与动态二进制翻译系统中几种常见寄存器分配算法进行了比较,实验表明,该算法具有最优性能。使用该算法实现了浮点寄存器分配器。本文在自主研发的动态二进制翻译基础研究平台CrossBit实施了该浮点运算单元,能够正确执行基本浮点运算指令。实验表明,混合式浮点运算单元综合了两种浮点运算单元的优点,具有优越的性能。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-22
  1.1 研究背景  12-15
    1.1.1 动态二进制翻译系统  12-13
    1.1.2 浮点运算单元概述  13-15
  1.2 研究意义  15-16
  1.3 相关研究  16-19
  1.4 本文主要工作  19-20
  1.5 论文结构  20
  1.6 本章小结  20-22
第二章 动态二进制翻译系统框架与浮点运算单元研究  22-37
  2.1 动态二进制翻译系统的框架  22-26
    2.1.1 二进制兼容系统框架  22-23
    2.1.2 二进制优化系统框架  23-24
    2.1.3 二进制可重定向系统框架  24-25
    2.1.4 二进制探测工具系统框架  25-26
  2.2 动态二进制基础研究平台CrossBit  26-32
    2.2.1 CrossBit系统框架  27-28
    2.2.2 程序启动器  28-29
    2.2.3 执行引擎  29
    2.2.4 系统调用处理  29
    2.2.5 翻译单元  29-30
    2.2.6 执行单元  30
    2.2.7 TCache(代码缓存)  30-31
    2.2.8 目标代码优化器  31
    2.2.9 内存管理单元  31-32
  2.3 浮点运算单元研究  32-35
    2.3.1 SimpleScalar的浮点运算单元  32-33
    2.3.2 CrossBit的X87 浮点运算单元  33-34
    2.3.3 CrossBit的混合式浮点运算单元  34-35
  2.4 混合式浮点运算单元的适用范围  35-36
  2.5 本章小结  36-37
第三章 混合式浮点运算单元的设计与实现  37-67
  3.1 混合式浮点运算单元的框架  37-39
  3.2 混合式浮点运算单元的实现  39-51
    3.2.1 浮点寄存器状态的映射  39-40
    3.2.2 浮点中间指令实现  40-45
    3.2.3 MIPS前端指令到中间指令的翻译  45-48
    3.2.4 中间指令到后端浮点指令的翻译  48-51
  3.3 寄存器分配算法  51-64
    3.3.1 简单寄存器分配算法  52-53
    3.3.2 全局寄存器分配算法  53-54
    3.3.3 Next‐Use寄存器分配算法  54-56
    3.3.4 简化的图染色寄存器分配算法  56-60
    3.3.5 寄存器分配算法的性能评估  60-63
    3.3.6 浮点寄存器分配算法的实现  63-64
  3.4 混合式浮点运算单元的优化  64-65
  3.5 本章小结  65-67
第四章 混合式浮点运算单元性能评估和分析  67-75
  4.1 与X87 浮点运算单元的比较  67-70
  4.2 与SSE浮点运算单元的比较  70-73
  4.3 本章小结  73-75
第五章 总结和展望  75-77
  5.1 全文的工作总结  75
  5.2 研究展望  75-77
参考文献  77-80
致谢  80-82
参与课题及已发表论文和专利  82-84

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 翻译机
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