【论文阅读】基于 SimpleScalar 的龙芯CPU模拟器 Sim-Godson

学习体会：

学习追踪龙芯系列“工程流”论文，看看如何做工程，完成→完美

之前写过体系结构模拟器，龙芯团队自研模拟器在ICT-godson 模拟器基础上，继续开发了Sim-Godson. 

PS：这篇文章读的不够细致，后面再来拜读

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摘录文章：

• 背景介绍：

  • 现代高性能处理器设计复杂，模拟器在性能分析中至关重要。

  • 龙芯2号是中国科学院计算技术研究所研制的高性能通用处理器。P1

  • 早期开发的信号级模拟器 ICT-Godson 准确性高但速度和灵活性有限。

    

  • Sim-Godson 基于 SimpleScalar 工具集，具有高速度、高灵活性和高准确性。

• 背景介绍：

  • SimpleScalar 是一个用于构建各种模拟程序的系统软件框架，提供参考模拟器和机器定义框架。P2

  • 龙芯2号是 64 位 MIPS-like 指令集的 RISC 处理器，采用四发射超标量结构、乱序执行和激进 Cache 设计。

• Sim-Godson 的设计与实现：

  • 设计目标：高速度和高灵活性。

  • 实现方法：

    • 功能模拟和时序模拟分离的执行驱动方式，使用独立的指令执行引擎。P2

    • 软件实现优化技术：缓存常用数据、指针传递、结构缓冲等。P2

    • 灵活性：充分利用 SimpleScalar 工具集提供的框架结构，提供参数化部件、调试、统计、可视化等功能。P3

  • 基础工作：

    • 实现 Linux/MIPS 体系结构支持：目标机器定义、目标二进制文件装载、目标操作系统调用代理。P3

    • 实现龙芯2号微体系结构：

      • 逆向调用流水级，避免流水级管理开销，提高速度。P3

      • 多重误预测支持，模拟误预测路径上的指令执行。P3

      • 寄存器重命名，维护指令间的依赖关系。P3P4

      • 功能部件：采用事件调度方式，支持可变延迟和端口竞争。P4

      • 发射：精确模拟龙芯2号的发射策略。P4

      • 访存：详细模拟访存部件的各流水级。P4

• Sim-Godson 的验证：

  • 验证流程：设计微基准程序、验证模拟器、修正模拟器、采用完整应用程序验证、分析验证误差。P4

  • 微基准程序：考察控制、执行、访存等微体系结构特性。P4

  • 完整应用程序：SPEC CPU2000 基准测试程序集。P5

• 评测：

  • 准确性测试：采用 SPEC CPU2000 程序，以 IPC 作为指标，与 ICT-Godson 进行比较。结果表明，Sim-Godson 的准确性很高。P5

  • 性能评测：在 3.0 GHz Pentium 4 微机上，Sim-Godson 的速度约为 500 K 指令/秒，比 ICT-Godson 快约一个数量级。P5

• 结论和未来的工作：

  • Sim-Godson 在龙芯2号的性能分析工作中发挥了重要作用。

  • 计划进一步优化代码，提高速度及可读性，并将其与多处理器模拟器 SimOS 结合起来。

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参考文献：

[1] 张福新,章隆兵,胡伟武.基于SimpleScalar的龙芯CPU模拟器Sim-Godson[J].计算机学报,2007,(01):68-73.
[2] 张福新.微处理器性能分析与优化[D].中国科学院研究生院（计算技术研究所）,2005.
 

原文地址：https://blog.csdn.net/qq_41876354/article/details/144405200

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