基于X86平臺的ARM指令集模擬器的設(shè)計

2．3 ARM指令集模擬器的主要功能模塊設(shè)計
2．3．1 指令譯碼模塊
指令譯碼模塊的功能就是根據(jù)ARM指令集編碼，將要執(zhí)行的二進(jìn)制指令譯碼成操作碼、操作數(shù)、條件碼等指令模擬需要的信息。指令集模擬器的每一模擬步模擬一條指令的取指令、譯碼、執(zhí)行等各個階段，因此指令集模擬器中的指令譯碼與實際ARM處理器的譯碼并不是完全對應(yīng)，同時也不會影響模擬的正確性。
在指令譯碼模塊中，本文采用分類的思想，將指令集按照一定的規(guī)律進(jìn)行分類解析，逐步解析，找到最終指令所對應(yīng)的解析函數(shù)。這樣做的目的是為了減少判斷指令時的條件判斷次數(shù)，采用分治的思想提高指令譯碼的效率。不過要想對指令譯碼效率有顯著性的提高，還是要采用改進(jìn)型的工作流程，主要原因是在指令譯碼的過程中，會出現(xiàn)大量的重復(fù)譯碼，所以改進(jìn)型的工作流程中提出的指令緩存技術(shù)會很好的提高譯碼效率，減少重復(fù)的譯碼工作。
2．3．2 指令模擬與調(diào)度模塊
指令模擬與調(diào)度功能模塊是指令集模擬器的核心部分，也是實現(xiàn)代碼量最大的部分，主要包括與虛擬指令集定義對應(yīng)的一系列指令模擬函數(shù)、指令執(zhí)行控制函數(shù)、指令翻譯調(diào)度函數(shù)、中斷處理函數(shù)以及一些公用函數(shù)。指令執(zhí)行控制函數(shù)負(fù)責(zé)控制整個模擬過程，反匯編結(jié)果文件加載完畢后，程序就進(jìn)入核心部分的模擬循環(huán)；指令翻譯調(diào)度函數(shù)負(fù)責(zé)將目標(biāo)指令轉(zhuǎn)化為虛擬指令形式，然后指令模擬函數(shù)按照相應(yīng)指令的功能定義完成指令的模擬，模擬結(jié)果是修改存儲器、寄存器值：公用函數(shù)主要包括尋址方式判別、指令操作數(shù)分析、指令條件碼判別、移位操作、ALU操作以及寄存器訪問等。指令模擬與調(diào)度的循環(huán)過程如下：
1)取指令
該模擬器的輸入是二進(jìn)制可執(zhí)行文件，因此取指令時，根據(jù)PC值取得的當(dāng)前的指令，進(jìn)行譯碼。
2)翻譯
調(diào)用指令翻譯函數(shù)獲得虛擬指令。
3)調(diào)度
根據(jù)指令類型，調(diào)用相應(yīng)的指令模擬函數(shù)。
4)執(zhí)行
指令模擬函數(shù)對指令進(jìn)行模擬。
5)中斷檢測與調(diào)度
為了對中斷系統(tǒng)進(jìn)行模擬，本文定義了對應(yīng)于FIQ、IRQ的標(biāo)志變量，可以改變他們來模擬外部中斷輸入，每條指令模擬結(jié)束后，必須檢測上述兩個標(biāo)志，如果檢測到中斷發(fā)生，則調(diào)用相應(yīng)的異常進(jìn)入函數(shù)，PC被設(shè)定為中斷服務(wù)程序入口地址。
6)更新PC值
如果本次循環(huán)沒有發(fā)生指令跳轉(zhuǎn)、加載PC及中斷，PC順序移向下一條指令。