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。     

注解信息制导的动态二进制翻译及优化

动态二进制翻译器在运行时将源体系结构机器码翻译为目标体系结构机器码.这种即时编译技术使得源机器上的软件无需重编译就可以直接在目标机上较高效地运行.然而,利用动态二进制翻译器运行源软件的效率大大低于针对目标机器重新编译运行源软件的效率.本文在比较分析动态翻译生成的目的机器码的性能偏低的原因的基础上,提出了注解信息制导的动态二进制翻译及优化的方法.本文选取了三种注解信息,在英特尔的商用动态二进制翻译器"IA-32Execution Layer"和静态编译器"Intel(r)Compiler"上实现了注解信息制导的动态二进制编译及优化技术.实验结果表明该三种注解信息较大程度地提高了动态翻译码的执行效率.     

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.     

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%。     

动态二进制翻译中的指令调度技术研究与实现

动态二进制翻译提供了无需重新编译源代码就能将源机器生成的可执行代码自动转换到目标机器的方法,很好地解决了代码兼容性问题.其核心思想是根据程序的动态运行信息找到反复执行的代码序列,对代码序列进行翻译和优化,并将结果多次重用.指令调度作为一种有效的编译优化手段,也适用于动态二进制翻译.在对gcc的指令调度器分析研究的基础上,结合动态二进制翻译的实时性特点,提出了适合动态二进制翻译的效率高、开销小的指令调度算法.     

译码制导的动态二进制翻译优化

提出了一种译码制导的轻量级动态二进制翻译优化技术,该技术在译码阶段提取源指令的高层语义信息,结合上下文对其进行标注,并在翻译阶段利用标注信息直接生成优化的目标指令.该技术可识别动态二进制翻译系统中主要的基本块级优化机会,去除load/store冗余、精确异常导致的冗余和标志位处理冗余.测试表明,相比QEMU,该优化技术的跨平台x86系统虚拟机ARCH-BRIDGE的翻译开销降低了53％,翻译块尺寸降低了78％,load和store操作数量分别了降低了50％和21％.     

二进制翻译中的X86浮点栈处理

二进制翻译系统是一种基于软件的跨平台代码迁移系统,它将一种体系结构的二进制代码翻译成另一种体系结构的二进制代码.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.浮点栈的处理已成为以X86为源的二进制翻译的研究中的关键性问题之一,如何处理X86浮点栈问题直接关系到以X86为源的二进制翻译系统的性能.针对X86浮点寄存器栈的特征,提出了一种扩展虚拟栈(extending virtual stack)处理方案.它采用归一的方法,保证了每个基本块中的运算所涉及到的浮点寄存器可以直接映射到目标机器中的浮点寄存器,确保了翻译的效率,并利用翻译时的分析避免了在入口处不必要的判断;同时还给出了在基本块入口处判别一个基本块是否会出现浮点栈上溢和下溢的充分必要条件,为生成更加高效的代码提供了条件.实验表明,它能够在保证正确实现其功能的前提下,获得更好的执行效率.     

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。     

一个用户级动态二进制翻译系统的设计与实现

本文介绍了一个x86 Linux系统下动态二进制翻译系统的设计与实现，该系统将IA-32用户级整数代码翻译到一个RISC指令集并由模拟器执行目标代码；详细描述了该系统的总体组成、目标结构模拟器、代码翻译过程以及翻译过的代码的执行。     

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。     

基于TCG技术的二进制翻译条件转移指令优化研究

在二进制翻译中引入TCG中间表示技术可以实现多目标平台之间的程序移植,同时可以更加方便地引入新型平台,解决新平台对主流平台的兼容性问题。然而由于原有的中间表示在翻译过程中影响了代码的关联度,生成的后端代码中存在较多冗余指令,影响翻译程序的执行效率。分析了指令优化可行性,针对条件跳转指令进行优化,通过指令预处理对中间表示进行改进,实现中间表示到后端代码生成由一对多翻译模式到多对多翻译模式的转变,采用指令归约技术,针对条件跳转指令的2种模式CMP-JX型与TEST-JX型,分别设计相应的优化翻译算法,并在开源二进制平台QEMU上实现。基于NPB-3.3和SPEC CPU 2006测试集进行了测试,与以前的翻译模式进行对比,优化后的代码膨胀率平均减少了14.62%,翻译程序运行速度提升了17.23%,验证了该优化方法的有效性。     

Hunter:一种指令集体系结构无关的二进制级动态测试用例生成技术

动态测试用例生成技术是一类新兴的软件测试技术。由于使用该类技术无需任何人工干预,也无需验证人员具备任何专业知识,同时该类技术能够无误地发现程序错误,越来越多的研究者采用该技术查找预发布的二进制级软件错误。然而,已有的该类技术及其实现系统不具有可重定向性,只能处理面向某种特定指令集体系结构(ISA)的二进制代码,进行测试用例的生成与查错。本文提出了一种全新的指令集体系结构无关的二进制级动态测试用例生成技术,以及实现该技术的系统Hunter。与已有的动态测试用例生成技术不同,Hunter具有极强的可重定向性,可对任何指令集体系结构的二进制代码进行查错,定向地为其生成指向不同执行路径的测试用例。Hunter定义了一套元指令集体系结构(MetaISA),将在二进制代码执行过程中收集到的所有执行信息映射为MetaISA,并对生成的MetaISA序列进行符号化执行、约束收集、约束求解以及测试用例生成,从而使整个过程与ISA无关。我们实现了Hunter,将其重定向至32位x86、PowerPC和Sparc ISA,并使用该系统为6个含有已知错误的测试程序查错。实验结果表明,由于MetaISA的引入,只需很小的开销,Hunter系统即可容易且有效地重定向至不同的ISA,并且Hunter能够有效地发现面向32位x86、PowerPC和Sparc ISA编写的二进制应用中隐藏极深的错误。     

用户级动态二进制翻译系统设计

介绍了一个用户级动态二进制翻译系统的结构设计,该系统实现了arm到x86的用户级动态翻译.详细介绍该系统各部分的功能、设计难点和具体运行过程.     

教学型CPU的设计与实现

CPU的结构是《组成原理》课程的难点,配合实验可以获得更好的教学效果.实验使用Verilog语言设计了一个采用状态机结构的小型CPU.其数据总线宽度为8位,具有通用寄存器等核心部件,指令集的设计参照80x86的汇编指令系统.     

利用TL16C554实现基站监控终端的通讯扩展

为提高基站监控终端通讯处理能力,本文介绍了采用TL16C554实现基站监控终端16位x86体系结构的RISC架构嵌入式微处理器R8800的通讯扩展设计。利用ParadigmC++5.1集成环境编写扩展通讯控制程序,解决了R8800的通讯扩展问题。通过应用调试,设计的硬件环境完全满足监控终端与基站内设备和区域监控中心的通讯任务。由于R8800的外部中断资源丰富,TL16C554有16字节的硬件接收发送缓冲区,两者配合使用,一方面减少了中断服务时间、降低了CPU的开销,另一方面提高了通讯处理效率和通讯成功率。这种方法在通讯能力上明显优于以往八位机系统。