C语言的ARM11仿真器

Question

我正在尝试编写一个模拟 ARM 二进制文件执行的 C 程序。 所以它现在做了什么，我们从二进制文件中获取指令到一个 uint32_t 数组中，然后我对其进行解码并执行。

问题是我只使用程序计数器来访问数组中的整数，然后我将其递增。但是对于带偏移量、将其扩展到 32 位并将其添加到 PC 的分支指令，PC 应该比正在执行的指令提前 8 个字节。 所以应该会产生管道效应。基本上就是：

1. 从内存中取出 32 位（4 字节）指令
2. 指令被解码
3. 已执行解码指令

因此，当指令在流水线的顶部执行时，正在获取的指令是内存中的两条指令。因此 PC 比正在执行的指令的地址大 8 个字节。

有人知道如何轻松实现该管道吗？ 我想我需要为指令重做内存存储，因为它现在只是一个固定大小的数组。 我的想法是对齐内存，然后在每条指令之后将 4 添加到 PC，并通过使用指向数组中第一个元素的指针并将 PC 添加到其中来访问下一条指令。如果这行得通，有人可以告诉我那会是什么样子吗？

Answer 1

您不需要模拟管道。 ARM 已经有一段时间没有在硬件中使用 2-ahead 管道了，他们也模拟了 2-ahead。

我所做的是在任何修改时保持 pc 前一个，然后在 fetch 时我在 pc-4 处获取然后添加 4。任何可以修改 pc 的指令都必须有一个 if pc then pc+= 4.当我计算一个分支 dest 时，我不得不再添加 4 个。为什么我这样做，我不知道。

或者，您可以让 pc 指向当前指令。每次读取电脑时，您都会添加 8 个。这样可能更容易。我使用函数抽象我的指令获取、内存读/写和寄存器读/写，并在 read_register() 函数中添加 if r15 then result+=8;然后返回。

再说一次，我为什么不这样做，我不记得了，我必须破解它才能让它工作。现在现实是我是拇指（v1）模拟器而不是手臂，所以它是+2和+4而不是+4和+8。而且根本没有手臂模式（由我的模拟器支持），所以只有拇指中的几条指令可以实际修改电脑，这样就更容易只针对那些 if reg==15 的指令。

如果你真的想做一个 arm11 模拟器，你需要考虑拇指模式，然后处理 pc 领先 4 或 8，并记住在修改时将 lsbit 从拇指模式中剥离一些必须将 lsbit 设置为切换到或保持拇指模式的指令。幸运的是 arm11 不支持 thumb2 然后它变得非常丑陋，因为它是可变指令长度，你必须提前两条指令，而不仅仅是 4 或 8 个字节（可以提前 4、6 或 8 个字节，你必须将接下来的两条指令解码为在拇指模式下查找）。如果您不想支持拇指模式，您可以轻松地查找在 bx 或 pop 中设置的 lsbit，然后声明您不支持拇指模式并退出。

您的选择是模拟管道，或者您必须插入一个或一些 if reg==15 then... 代码行，并且您必须在使用 pc 的任何地方都这样做（将所有寄存器读取路由到一个函数是一种非常简单的方法）。我应该去修复我的模拟器来做到这一点。如果您最终支持拇指模式，那么您可以简单地说如果在拇指模式下，则在此读取寄存器功能中添加 4 否则添加 8。