动态二进制翻译中全寄存器直接映射方法

二进制翻译是不同体系结构之间软件移植的重要手段。体系结构和硬件环境上的差别,可以通过二进制翻译系统来弥补,在翻译过程中往往使用多条本地指令模拟一条目标指令,翻译代码规模随之显著增加,从而导致被翻译程序的执行效率下降。寄存器作为处理器和内存交换信息的重要存储部件,寄存器的模拟器方式对于程序的性能有着至关重要的影响。为了提高特定平台翻译后代码的执行效率,提出了在动态二进制翻译机制中使用全部寄存器直接映射方法,详细分析了二进制翻译中的上下文切换原理和寄存器访问范围,为异构平台之间寄存器直接映射提供方法指导。利用QEMU模拟器,把x86架构的8个通用寄存器全部的直接映射到MIPS架构的对应寄存器,在此基础上,进行大量的指令翻译规则的简化。实验数据表明,该方法可以有效简化指令翻译,降低代码膨胀率,使得SPEC CINT 2000测试程序在龙芯CPU上翻译后代码运行时间下降了30%-40%。     

动态二进制翻译与优化技术研究

动态二进制翻译技术是一种即时编译技术,它将针对源体系结构编译生成的二进制代码(源机器码)动态翻译为可以在目的体系结构上运行的代码(翻译码).动态优化技术是指在运行时获取动态信息并进行代码优化的技术.动态二进制翻译及优化系统使得源软件无需重编译就可以直接在目标体系结构上高效地运行.目前几种比较有影响的动态二进制翻译及优化系统有Intel公司的IA-32 Execution Layer,IBM公司的DAISY,Transmeta的CMS及HP的Dynamo等.这些系统对动态二进制翻译系统关键技术有不同的实现.对动态二进制翻译和优化技术的研究是计算机领域的研究热点,具有深远的现实意义和应用前景.     

二进制翻译中标志位的模式化翻译方法

二进制翻译是在不同硬件平台之间实现软件迁移的重要手段.在二进制翻译系统中,如何在没有标志位寄存器的目标平台上模拟实现源平台上标志位寄存器的功能,是影响系统性能的关键.现有的标志位分析技术通过对标志位的定值引用进行数据流分析,尽可能多地消除冗余的标志位定值.但是,对于那些会被引用的标志位定值,现有的技术仍然需要进行翻译.这不仅会导致翻译生成代码的膨胀,还会影响二进制翻译系统的性能.提出了一种二进制翻译中基于模式化的标志位翻译方法.该方法在标志位分析技术基础上,通过将源平台上标志位定值指令和引用指令组合成固定的标志位模式,然后根据模式的具体语义选择目标平台上具有相同语义功能的指令组合进行翻译.这种模式化的翻译方法,不仅可以降低因翻译标志位而引入的代码膨胀,还可以提升二进制翻译系统的性能.实验结果表明,对于SPEC CINT2006中的程序,该方法不仅可以使翻译生成的代码量平均减少7.5%,还可以将程序的性能平均提升10%.     

基于动态反馈的标志位线性分析算法

二进制翻译可以用于解决遗产代码的迁移问题,也可以实现不同硬件平台之间软件的通用.如果源平台通过标志位进行条件跳转,那么如何处理标志位就成为翻译中的一个重要问题,对翻译的代码质量起着决定性作用.提出标志位线性分析算法,复杂度为线性,基本上能够消除所有的标志位冗余计算,提高了动态执行的效率.基于动态profiling技术,消除了间接跳转的基本块标志位冗余计算.分析了spec 2000中的大部分整点测试例子,实验结果表明,EfLA(Eflag linear analysis)算法对于大运算量的程序是非常有效的.     

二进制翻译技术研究综述

随着信息技术的快速发展,涌现出各种新型处理器体系结构.新的体系结构出现为处理器多样化发展带来机遇的同时也提出了巨大挑战,需要兼容运行已有软件,确保较为丰富的软件生态群.但要在短期内从源码编译构建大量生态软件并非易事,二进制翻译作为一种直接从二进制层面迁移可执行代码技术,支持跨平台软件兼容运行,既扩大了软件生态群,又有效降低了应用程序与硬件之间的耦合度.近年来,二进制翻译技术研究取得了较大进展.为总结现有成果并分析存在的不足,本文首先介绍了二进制翻译技术的分类以及典型的二进制翻译系统,之后从指令翻译方法、关键问题研究、优化技术等方面分别进行分析总结,接着阐述了二进制翻译技术的核心应用领域,最后对二进制翻译技术的潜在研究方向进行展望.     

动态二进制翻译中数据预取优化研究*

动态优化是动态二进制翻译研究中一个十分重要的课题,数据预取优化能提高现代处理器体系结构应用程序性能。基于超级块(Superblock)的动态数据预取优化采用软件插桩方式收集应用程序的load访存延迟信息并构造Superblock;然后根据延迟信息以及Superblock数据流分析得出的寄存器定值引用关系,对延迟load指令进行预取优化。通过在龙芯DigitalBridge动态二进制翻译系统上实验验证,数据预取优化可以提高翻译后SPEC2000浮点测试程序代码的平均性能3.3%,开销远小于0.5%。     

Bitran二进制翻译实验系统的设计和实现

对处理器速度的追求促使体系结构不断发展 ,但是软件的支持却不能与其匹配 ,造成新体系结构推广的困难 ,研究、解决代码迁移问题的二进制翻译方法应运而生 .介绍作者参与开发的一个静态二进制翻译实验系统的框架设计 ,并详细介绍框架中各个部分的实现方法 ,最后给出该翻译系统的实验数据和分析 .     

二进制翻译应用级异常处理

二进制翻译可以用于解决遗产代码的迁移问题,也可以实现不同硬件平台之间软件的通用．异常处理是二进制翻译的一个重要方面,如何解决异常处理和二进制翻译效率的矛盾是问题的关键．提出了在库函数包装层面处理主动异常和被动异常的方法,一个算法可以高效处理信号异常,另一个算法使用栈展开技术,得到调用地址用于处理try catch异常．实验结果表明,上述方法能够正确处理异常函数,同时对于普通应用程序加入异常处理机制之后性能并不受影响．     

浮点到定点的高效翻译策略研究

动态二进制翻译中,在目标平台没有浮点部件、不支持浮点运算的情况下,浮点指令只能通过模拟解释执行。浮点指令的解释执行造成翻译系统效率急剧下降。通过将浮点指令运算转化为定点运算,解决了浮点指令在目标平台的翻译,为浮点指令的翻译找到了新的途径。在动态二进制翻译系统中进行实验,验证了翻译方法的可行性。实验显示翻译系统的性能有明显提升,含有浮点指令的比例越高,算法能够获得的加速比越高,对含有25%浮点指令的程序,该算法能达到1.55的加速比。     

二进制翻译中的过程恢复技术

目前对处理器速度的追求促使体系结构不断发展,但是软件的支持却不能与其匹配,造成新体系结构推广的困难,研究、解决代码迁移问题的二进制翻译方法应运而生。文中介绍了在开发一个静态二进制翻译系统(XM翻译器)中的过程恢复技术,包括参数恢复和返回值恢复,并提出了解决返回值恢复问题的一个新的实现方法。它回避了一般方法中必须要进行数据流、控制流分析的复杂性,基于x86机器本身的调用特点以及实例的分析,是一种简单实用的实现返回值恢复的方法,经XM系统验证是行之有效的。     

二进制翻译中解释器指令缓冲区管理策略分析

二进制翻译一般是为了解决遗产代码的问题,同时也可以实现不同硬件平台之间软件的通用。解释执行是二进制翻译不可或缺的一部分。CISC结构的x86指令由于可变长,反汇编较固定指令字长的RISC结构复杂。为了后续的模拟,需要把x86的机器码提升为和汇编码平行的一种结构——IRI结构。该文讨论了这种IRI存放的缓冲区的管理策略对系统性能的影响。     

动态二进制翻译基础平台CrossBit的设计与实现

二进制翻译是指把一种机器平台上的二进制可执行程序经过转换后运行在另一个机器平台上的过程,它解决了二进制代码在异构机器平台上的迁移问题。该文介绍了二进制翻译的工作原理,阐述了CrossBit动态二进制翻译基础平台的设计思路与关键实现,包括其系统架构、工作流程和中间指令的设计。实验数据表明,二进制翻译技术的性能优于传统软件解释技术。     

IA-64二进制翻译中指令束特性的消除技术

目前对处理器速度的追求促使指令集体系结构不断发展,但是软件的支持却不能与其匹配,造成新体系结构推广的困难,研究、解决代码迁移问题的二进制翻译方法应运而生。文中介绍了二进制翻译中解码器的功能,并结合IA-64的指令特点,设计出基于指令束的解码算法。根据测试中发现该算法存在的问题,提出了改进方案,消除束的特性,给每条指令赋予唯一地址并按此地址进行解码。在IA-64至Alpha的二进制翻译课题中,对该算法进行了工程实现。     

PA-RISC to IA-64: transparent execution, no recompilation

Making the transition to a new architecture is never easy. Users want to keep running their favorite applications as they normally would, without stopping to adapt them to a different platform. For some legacy applications the problem is more severe. Without all the source code, it is well-nigh impossible to recompile the application to a new platform. Binary translation helps this transition process because it automatically converts the binary code from one instruction set to another without the need for high-level source code. However, different choices force different trade-offs between some form of interpretation (or emulation) and static translation. Interpretation requires no user intervention, but its performance is slow. Static translation, on the other hand, requires user intervention but provides much better performance. To help PA-RISC (precision architecture-reduced instruction set computing) users migrate to its upcoming IA-64 systems, Hewlett-Packard has developed the Aries software emulator, combining fast interpretation. The article describes how the system works and outlines its performance characteristics and quality     

基于动态二进制转换技术的DOS环境模拟器的实现

二进制翻译技术是从一种指令集到其他指令集的代码转换技术,可用以解决移植代码到新硬件平台时的重编译问题。旨在设计和实现一种DOS环境模拟器。该模拟器基于动态二进制指令转换技术,通过对X86指令的动态翻译,结合对外设模拟技术、系统中断模拟方案等一些关键技术的研究,最终使得原先在DOS系统中运行的应用程序无需重新编译,就能在多种异构体系平台上正确地运行。通过对翻译块进行有效的组织管理,使得该动态翻译得到很好的运行性能。     

动态二进制翻译器QEMU中冗余指令消除技术研究

计算机体系结构的不断发展,使得代码迁移工作变得尤为重要,在这种背景下,二进制翻译技术应运而生。二进制翻译技术使得在已有的体系结构下生成的可执行文件自动迁移到新的体系结构中成为可能。以龙芯2F处理器为硬件平台,研究二进制翻译器QEMU中冗余指令的删除优化技术,使用代码活性分析方法来降低代码膨胀度,提高执行效率。该优化技术带来的优化效果超过其自身开销,具有实际优化价值。