CPU逻辑的仿真及指令系统运行的实现

论文摘要

面对规模庞大而又杂乱的信息系统和日新月异的技术发明,软件工程师们开始重新审视软件仿真开发的优点。编写模型机是软件开发项目的一种,它体现了一种使投资价值最大化的思路。软件仿真技术目前广泛地应用于许多研究领域.通过对计算机系统硬件的仿真,提供与目标机相同的编程接口,它能够用于支持体系结构的研究:通过修改相应的仿真模块来适应硬件变化,运行复杂的基准测试用例,可以评价新的硬件设计对计算机系统性能所造成的影响.模型机仿真平台,对于开展CPU技术和计算机体系结构的研究,对于微机系统的应用开发和教育教学实验都具有重要价值。通过仿真平台进行硬件设计、研究和试验,研制周期短,代价较低,灵活性好,对于硬件设计的变化,具有良好的适应性。实践证明,利用面向对象技术,借鉴国际上先进的仿真平台开发思想,是可以开发出具有我们自己知识产权的高性能仿真系统的.本文主要针对模型机仿真技术进行了研究.主要完成的工作概括如下:首先,本文提出一种模型机原型系统的设计与实现方案.该系统是一个以嵌入式技术为依托实现的汇编级模型机,具有自己的虚拟中央处理器(虚拟CPU),指令系统,存储器组织,寄存器组,堆栈等,能够模拟真实计算机的实际运行过程,接受指令系统的指令,完成计算或数据处理等任务。其所具备的精简的指令集、简洁的虚拟中央处理器结构以及高效的显示内存管理机制等优点,使其更适用于一些资源受限的平台,如手机、个人数字助理PDA等,同时对于开展CPU和微机系统应用开发研究,对提高微机教育教学和实验水平,均具有实际意义。其次,设计和实现了基于该模型机系统指令集的汇编器.在这一部分中,为了满足汇编器算法对符号信息管理工作提出的要求,本文使用可扩展数组,哈希表等数据结构为其建立相应的数学模型.然后,采用FSM有限状态机对系统进行建模,同时,针对FSM传统实现方法存在的问题,提出一种面向对象的高度结构化的FSM实现框架,实现了灵活的复用机制,提高了系统的健壮性与可维护性,并且给出了事件触发转换的调度算法.

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究的背景
• 1.1.1 嵌入式系统
• 1.1.2 计算机仿真
• 1.1.3 教学实验设备现况
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外相关研究成果综述
• 1.3.1 嵌入式开发领域
• 1.3.2 虚拟CPU 技术领域
• 1.3.3 教学实验设备领域
• 1.4 本文研究内容及结构
• 1.5 本文创新之处
• 第二章 基于嵌入式技术的系统开发方案
• 2.1 嵌入式理论概述
• 2.1.1 嵌入式系统
• 2.1.2 嵌入式操作系统
• 2.1.3 Windows CE 操作系统
• 2.2 系统设计方案
• 2.2.1 系统总体设计思路
• 2.2.2 系统开发平台设计
• 2.3 系统实现方案
• 2.3.1 目标设备平台XSBase255
• 2.3.2 内核定制工具Platform Builder
• 2.3.3 嵌入式应用程序开发工具EVC
• 2.3.4 基于Windows CE 的系统开发流程
• 2.4 本章小结
• 第三章 模型机原型系统
• 3.1 概述
• 3.2 模型机执行环境简介
• 3.2.1 处理器引擎
• 3.2.2 内存管理
• 3.2.3 任务管理
• 3.2.4 输入/输出
• 3.3 模型机原型系统设计及实现方案
• 3.3.1 虚拟内存
• 3.3.2 动态内存管理
• 3.3.3 虚拟寄存器
• 3.3.4 指令系统构造
• 3.3.5 模型机系统结构
• 3.3.6 模型机工作流程
• 3.4 本章小结
• 第四章 汇编器的设计与实现
• 4.1 编译过程分析
• 4.2 汇编器技术现状
• 4.3 汇编器总体设计
• 4.4 汇编器算法设计
• 4.5 数据结构建模
• 4.5.1 向量
• 4.5.2 数据树
• 4.5.3 字典
• 4.5.4 数据结构小结
• 4.6 词法分析器模块
• 4.6.1 功能和输出形式
• 4.6.2 程序设计
• 4.6.3 结构设计
• 4.6.4 词法分析算法
• 4.7 FSM 有限状态机建模
• 4.7.1 状态转换图
• 4.7.2 正规式与正规集
• 4.7.3 FSM 有限状态机理论概述
• 4.7.4 基于FSM 有限状态机的系统建模
• 4.8 汇编器的实现
• 4.8.1 总体框架
• 4.8.2 状态转换图的实现
• 4.8.3 有限状态机的实现
• 4.8.4 词法分析器算法实现
• 4.8.5 第一遍汇编
• 4.8.6 第二遍汇编
• 4.9 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
• 5.1 科研工作总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士研究生期间完成的论文
• 致谢