SimpleScalar 代码结构

1. SimpleScalar代码结构

2. 概述 • 功能模拟器 sim-fast，sim-safe 功能仿真 sim-cache,sim-cheetahCache仿真 sim-profile,sim-eio 剖析性能 sim-bpred 分支预测 • 性能模拟器 sim-outorder 时序的乱序执行仿真

3. SimpleScalar模拟器软件架构 Simulator core模块定义并实现了各个模拟器的行为方式，其余各个模块由各个模拟器共享，各个模拟器可根据自己的需要调用各个模块。这意味着如果要设计自己的模拟器，主要工作就是修改Simulator core模块。SimpleScalar提供的是一个建模框架，具有一定灵活性。每个模块具体由.h和.c文件构成。

4. SimpleScalar 源文件 • 其模块分两类,一类是计算机系统的组成模块，如：Cache、Memory、 regs等；一类是辅助模块：如程序加载模块loader等。 • sysprobe.c - host endian probe implementation

5. 主程序的源代码 • 拟器主程序主要部分源代码： main(int argc, char **argv, char **envp) {   sim_check_options(sim_odb, argc, argv); //检验命令行参数,并对个模块初始化,sim_*.c定义     mem_init();//程序加载前Memory初始化,mem.c定义 ld_load_prog();//程序加载,loader.c定义 regs_init();//寄存器初始化,regs.c定义 mem_init1();//程序加载后Memory初始化,mem.c定义 sim_init();//模拟器初始化,sim_*.c定义 sim_main()://模拟器执行入口函数,sim_*.c定义 }

6. Sim-outorder 程序结构 主函数sim_main()的程序结构表示如下： void sim_main(void) { for ( ; ; ) {     ruu_commit();//提交 ruu_writeback();//写回 lsq_refresh();//LSQ队列刷新 ruu_issue();//发射执行 ruu_dispatch();//分配 ruu_fetch();//取指 sim_cycle++;//模拟器周期,统计程序执行周期           } }

7. Sim-outorder • for 循环执行一次代表流水线执行一个机器周期，每个ruu_*()函数代表流水线的一段， 采取反向执行顺序是为确保流水线各段之间的互锁同步，整个流水线共分为取指（Fetch）、分配（Dispatch）、发射（Issue&Execute ）、回写（Writeback）、提交（Commit）五段。 • 乱序模拟器支持动态指令调度、指令乱序执行、指令预测执行、分支预测等现代微处理器的特性，而且还提供了一系列的工具，包括编译器、Benchmark、调试工具、流水线跟踪器等

8. Sim-outorder流水线框图

9. SimpleScalar 主要数据结构 • RUU(Register Update Unit)： 此结构将传统的保留站和排序缓冲站合并，实现了指令的 乱序执行按序提交，用于支持处理器精确中断和误预测的状态恢复。而RUU将这两个部件 合并可以减少硬件实现的花费。RUU被组织为循环队列，Head指向当前RUU中最先进入RUU 的指令RUU单元，tail指针指向待分配RUU单元。在指令分配阶段，按取指先后顺序为每 条指令分配RUU单元，指令在RUU中连续存放并且排列顺序与取指顺序一致，这使执行完 成的指令能够按序提交。在执行阶段，RUU中的指令是乱序执行的，只要指令的操作数准 备好，就可以将其送入RQ，为其分配执行单元执行指令。在回写段将执行结果广播到RUU ，并解除相关。

10. LSQ  (Load/Store Queue)：用于处理Store/Load指令，其结构与RUU一致，一条Store/Load指令将被分成两个操作：地址计算和存取操作，地址计算操作作为加法运算放入RUU 中，而存取操作放入LSQ中，提交的时候RUU和LSQ需要同步。 • IFQ (Instruction Fetch Queue)：用于存放取指（Fetch）段取出的指令队列，它在一 个周期内尽可能多的取出指令，并保存取出指令的一些相关信息，如当前指令地址、预 测下一条指令地址等。 • RQ (Ready Queue)：如果指令执行所需所有操作数已准备好，则将指令放入此队列准备执行，它只是作为一种映射机制存在，将RUU中已经准备好的指令串联成一组，它本身并 不保存任何信息，并且每当发射段运行一次后，RQ都被清空，准备在下一次运行分配段 （Dispatch）的时候继续进行赋值。 • EQ(Event Queue)：该队列记录已发射（Issue）指令何时执行完毕，回写段以此确定何 时将指令执行结果写回RUU。