SkyEye硬件模拟平台，第三部分: 硬件仿真实现之一

SkyEye的设计实现

   

 

级别： 初级

陈渝 ([e-mail])清华大学

2004 年 10 月 01 日

 

前两篇文章分别介绍了 SkyEye 项目及其安装，下面的几篇文章将对其设计实现展开讨论。

一． SkyEye的总体结构

SkyEye 基于GDB/ARMulator(目前由David McCullough 维护)，并进行了全面的改变和扩展。SkyEye建立在GNU GDB的底层，可以模仿多种完整的嵌入式计算机系统，目前模拟的硬件包括CPU、内存、I/O寄存器、时钟、UART、网络芯片、MMU、CACHE，将来还会模拟 LCD、USB等各种硬件。在SkyEye上运行的操作系统和各种系统软件"意识"不到它们是在一个虚拟的计算机系统上运行。

SkyEye从总体上分为四个层次：

• 用户接口模块：包括命令行用户界面和图形用户界面，完成处理用户的输入命令，并把相关调试数据输出给用户的任务。这一部分基本上直接利用了GDB的用户接口模块，并在此基础上有一定的扩充。
• 符号处理模块：主要处理执行文件的头信息，解释执行文件中内嵌的debuger调试信息，对符号表的管理，对源代码表达式的解析，定位源代码中的语句位置和机器码的位置关系等。这一部分也是直接利用了GDB的符号处理模块，也正是有了这个模块的支持，SkyEye可以支持源码级调试。
• 目标控制模块：主要完成执行控制（如中断程序的执行，设置中断条件等），程序栈结构分析，对具体目标硬件的控制（如本地调试、远程调试和模拟调试的控制）。这一部分完成对SkyEye上运行的软件的控制，提供了多种调试手段。
• 目标模拟模块：这一部分是SkyEye的核心。它的功能是模仿计算机系统中的主要硬件（包括CPU、内存和各种硬件外设等）的执行，对执行文件的机器指令进行解释，并模拟执行每一条机器指令，产生相应的硬件响应等。

二． SkyEye目标模拟模块功能划分

SkyEye目标模拟模块模拟的硬件逻辑结构图如图 0 1所示。SkyEye目标模拟模块从功能上可分为如下几大模块：

• 配置选项解析和初始化模块：在模拟硬件开始运行前，根据配置文件的选项，控制对模拟硬件的配置和初始化。相关文件包括：
  • arminit.c：控制各种模拟硬件的初始化
  • skyeye_config.[ch]：解析配置文件的选项行
  • skyeye_options.c：根据各种硬件的选项，完成各种配置
• 处理器模拟宏模块：主要完成与处理器体系结构相关的模拟，它可细分为：CPU指令模拟执行模块、MMU/CACHE模拟模块、CoProcessor(又称协处理器)模拟模块。
• CPU指令模拟执行模块：其主要任务是：当模拟硬件开始运行，完成指令读取，指令译码，指令执行的工作；如果CPU状态发生了改变，调整指令和各种寄存器值；在指令执行前，调用开发板IO模拟模块的io_do_cycle驱动模拟各种外设的行为。主要的文件包括：
  • armemu.[ch]：模拟CPU的3级流水线，并具体执行各种指令
• MMU/CACHE 模拟模块：本模块分为两部分：与具体CPU类型无关的MMU/CACHE模拟子模块和与具体CPU类型相关的模拟子模块。主要的任务是：根据配置文件进行初始化；进行MMU/CACHE模拟；执行与MMU/CACHE相关的指令。如果CPU指令模拟模块执行读写存储器的操作指令，则转到MMU/CACHE 模拟模块。如果模拟的CPU类型不支持MMU(如ARM7TDMI)，则SkyEye会根据将访问的地址，直接转到MEMORY模拟模块或开发板IO模拟模块；否则转到具体CPU类型相关的模拟子模块进行MMU/CACHE模拟。主要的文件包括两部分：
  • 与具体CPU类型无关的MMU/CACHE模拟子模块：
    • armvirt.c、armmmu.c、mmu/*.[ch]
  • 与具体CPU类型相关的MMU/CACHE模拟子模块：
    • sa_mmu.[ch]：模拟strongarm的MMU/CACHE
    • arm7100_mmu.[ch]：模拟arm7[12]0T的MMU/CACHE
    • xscale_copro.c：模拟xscale的MMU/CACHE
    • arm920t_mmu.[ch]：模拟arm920t的MMU/CACHE
• CoProcessor(又称协处理器)模拟模块：其主要任务是：完成各种协处理器的初始化；执行各种协处理器的指令。实际上MMU/CACHE模拟模块的一部分工作是模拟ARM的第15号协处理器，它的主要功能是配置MMU/CACHE等。主要的文件包括：
  • armcopro.c：根据配置信息，完成对ARM协处理器的初始化配置
  • xscale_copro.c：模拟xscale的协处理器cp13、cp14、cp15
  • sa_mmu.[ch]、arm7100_mmu.[ch]：模拟strongarm、ep7312的协处理器cp15
  • arm920t_mmu.[ch]：模拟arm920t的协处理器cp13、cp14、cp15
• IO模拟宏模块：本模块包含各种逻辑行为各异的外设模拟，主要包括系统IO模拟模块、网络芯片模拟模块、LCD模拟模块等。
• 系统IO模拟模块：本模块的主要任务包括：根据配置文件进行IO和外设初始化；完成各种外部IO设备的模拟(如时钟计数器累加、产生中断、LCD显示等)；进行各种特定CPU和外设的IO寄存器读写的模拟。本模块与各种具体的开发板和CPU有很紧密的联系，主要的文件包括：
  • armio.[ch]：建立在各个特定模拟子模块上的抽象层模块
  • skyeye_mach_at91.c：模拟Atmel AT91X40开发板
  • skyeye_mach_ep7312.c：模拟cirrus ep7312开发板
  • skyeye_mach_pxa.c：模拟intel xscale lubbock开发板
  • skyeye_mach_s3c4510b.c：模拟基于samsung s3c4510b的开发板
  • skyeye_mach_s3c44b0.c：模拟基于samsung s3c44b0的开发板
  • skyeye_mach_sa.c：模拟基于intel strongam的adsbitsy开发板
  • skyeye_mach_lpc.c：模拟基于philip lpc2249的开发板
  • skyeye_mach_sharp.c：模拟基于sharp lh7a400的开发板
  • skyeye_mach_at91rm92.c：模拟基于atmel at91rm9200的开发板
  • skyeye_mach_cs89712.c：模拟基于cs89712的开发板
• 网络芯片模拟模块：本模块主要完成了对8019AS网络芯片的模拟工作，主要任务包括：模拟8019AS的控制逻辑、8019AS与具体开发板IO模拟模块的接口、虚拟网络输入输出接口处理。主要的文件包括：
  • skyeye-ne2k.[ch]：8019AS的硬件逻辑模拟
  • skyeye_mach_at91.c：部分内容完成接收虚拟网络输入处理模拟
  • skyeye_net_tuntap.c：配置tuntap虚拟网络的接口
  • skyeye_net_vnet.c：配置vnet虚拟网络的接口
  • vnet.c、if_vnet.h：独立存在的软件包，vnet虚拟网络的具体实现
• LCD/TouchScreen 模拟模块：本模块主要完成LCD/TouchScreen控制逻辑的模拟，是目前唯一需要GUI支持的模块，它的主要任务是：配置LCD /TouchScreen硬件模拟、模拟LCD/TouchScreen控制逻辑。有关LCD/TouchScreen模拟相关的文件包括：
  • skyeye_lcd.[ch]： LCD/TouchScreen配置和LCD/TouchScreen模拟的通用控制逻辑
  • skyeye_mach_*.c：与开发板相关LCD/TouchScreen的控制逻辑和中断处理，目前支持ep7312和pxa255的skyeye模拟。
• MEMORY模拟模块：本模块与具体的CPU和开发板无关，它的主要任务包括：根据配置文件进行内存初始化，并加载binary image文件；进行RAM/ROM读写的模拟。主要的文件包括：
  • armmem.[ch]：主要完成RAM/ROM读写模拟

三． SkyEye关键数据结构

SkyEye 目标模拟模块中，各种数据结构很多，用于模拟硬件总体机构定义的主要数据结构有skyeye_config_t和ARMul_State。把握这两个数据结构，是理解整个skyeye模拟的硬件体系结构的关键，在这两个数据结构上进行进一步细化分析，则可充分了解skyeye的硬件体系结构细节。

1. skyeye_config数据结构

skyeye_config_t结构描述了SkyEye模拟的整个硬件的静态配置，它的具体内容如下：

typedef struct {        cpu_config_t *cpu;        machine_config_t *mach;        mem_config_t mem;        net_config_t net[NET_MAXNICNUM_PER_HOST];        uart_config_t uart;        log_config_t log;        ARMword start_address;    ARMword no_lcd;        char config_file[MAX_FILE_NAME];} skyeye_config_t;

skyeye_config_t 结构包含了CPU核心配置信息－cpu、开发板配置信息－mach、memory map 配置信息-mem、网络芯片和网络环境配置信息－net、面向主机的输入输出配置信息－uart、测试记录输出配置信息－log、模拟执行起始地址配置信息－start_address、是否有LCD－no_lcd和记录文件名信息－config_file。这里面与模拟硬件紧密相关的是CPU核心配置信息、开发板配置信息、memory map 配置信息、网络芯片和网络环境、LCD配置信息。

2. cpu_config_t数据结构

描述CPU核心的结构定义在cpu_config_t数据结构中，具体内容如下：

typedef struct {        const char *cpu_arch_name;         const char *cpu_name;         ARMword cpu_val;        ARMword cpu_mask;         ARMword cachetype;} cpu_config_t;

其具体描述解释如下：

• cpu_arch_name：描述了arm cpu体系结构的名称，根据ARM CPU内核的发展，其体系结构已经从Version1发展到了Version5，其最新版本为Version5TE。而Intel在其基础上又进行了自己的扩展体系结构StrongARM(基于ARM version4)和XScale(基于ARM version5)。目前SkyEye支持"armv3"、"armv4"、"arm5"、"arm5TE"、"xscale"的体系结构。
• cpu_name：描述了具体的arm cpu名称，如arm7TDMI、ARM720T、StrongARM1100/1110、XScale PXA2xx等。目前SkyEye支持"arm710"、"arm7TDMI"、"arm720t"、"sa1100"、"xscale"等。
• cpu_val：这是用来表示process id，一般而言每种具体的ARM CPU 都有一个ID，更详细的描述可参考《ARM Architecture Reference Manual》的B2-6。操作系统根据这个ID来识别cpu的类型并执行相关配置。
• cpu_mask：这是用来确定process id的屏蔽位数。由于process id中的某些位用于其它目的，并不用来表示具体的CPU类型。实际上操作系统在确定CPU类型时用到的数字是cpu_val&cpu_mask。
• cache_type：基于ARM内核的CPU种类繁多，但如果根据CACHE类型来分，可分为三种：无CACHE类型、统一结构CACHE类型和哈佛结构CACHE类型。 SkyEye支持这三种类型。统一结构CACHE类型的CPU中，指令和数据共用同一个CACHE；而哈佛结构CACHE类型的CPU中，存在相互独立的数据CACHE和指令CACHE。无CACHE的CPU尺寸比有CACHE的CPU尺寸要小很多，成本上有优势，但在性能上要低于有CACHE的CPU。

SkyEye定义了一个cpu_config_t结构的数组(位于skyeye_option.c中)，结构如下：

cpu_config_t arm_cpu[] = {      {"armv3", "arm710",      0x41007100, 0xfff8ff00, DATACACHE},      {"armv3", "arm7tdmi",   0x41007700, 0xfff8ff00, NONCACHE},      {"armv4", "arm720t",     0x41807200, 0xffffff00,  DATACACHE},      {"armv4", "sa1110",       0x6901b110, 0xfffffff0,   INSTCACHE},      {"armv4", "sa1100",       0x4401a100, 0xffffffe0,   INSTCACHE},      {"xscale", "xscale",         0x69052100, 0xfffffff0,   INSTCACHE}};

3. machine_config_t数据结构

machine_config_t结构描述了开发板配置信息，定义在skyeye_config.h中，具体内容如下：

typedef struct machine_config{    const char *machine_name;      void (*mach_init)(ARMul_State *state,/                      struct machine_config *this_mach);    void (*mach_io_do_cycle)(ARMul_State *state);    void (*mach_io_reset)(ARMul_State *state);    void (*mach_update_int)(ARMul_State *state);    ARMword (*mach_io_read_byte)(ARMul_State *state, ARMword addr);    void (*mach_io_write_byte)(ARMul_State *state, ARMword addr,/                                    ARMword data);    ARMword (*mach_io_read_halfword)(ARMul_State *state, /                                           ARMword addr);    void (*mach_io_write_halfword)(ARMul_State *state, ARMword addr,/                                     ARMword data);    ARMword (*mach_io_read_word)(ARMul_State *state, ARMword addr);    void (*mach_io_write_word)(ARMul_State *state, ARMword addr,/                                    ARMword data);} machine_config_t;}machine_config_t

其具体描述解释如下：

• machine_name：开发板的名称。目前支持的开发板有：atmel的基于AT91X40 CPU的开发板、基于Cirrus Logic ep7312的开发板、基于Intel StrongARM的adsbitsy开发板、基于Intel XScale PXA25x的Lubbock开发板等。
• mach_init：开发板初始化配置函数，主要初始化一些与开发板相关的变量和配置mach_io_do_cycyle、mach_io_read/write_byte/halfword /word函数。mach_init函数被wrappe.c中的init函数调用。
• mach_io_reset：开发板运行初始化函数。主要初始化与开发板相关的变量。
• mach_update_int ：定义了与开发板相关的中断处理函数。
• mach_io_read/write_*：分别定义与开发板相关的I/O函数。

SkyEye定义了一个machine_config_t结构的数组(位于skyeye_option.c中)，结构如下：

machine_config_t arm_machines[] = {           {"at91",              at91_mach_init,          NULL, ......},      {"ep7312",         ep7312_mach_init,      NULL, ......},      {"s3c4510b",      s3c4510b_mach_init,  NULL, ......},      {"s3c44b0",        s3c44b0_mach_init,    NULL, ......},      {"sa1100",          sa1100_mach_init,      NULL, ......},      {"pxa_lubbock",  pxa_mach_init,           NULL, ......} …… };

4. mem_config_t和mem_bank_t数据结构

SkyEye 的内存映射配置结构由mem_config_t和mem_bank_t数据结构描述。ARM体系结构与x86体系结构在I/O内存映射上有所不同。X86 体系结构可以使用I/O端口来映射外部设备上的寄存器和设备内存；而ARM体系结构是通过标准的memory地址空间来映射外设的寄存器或设备内存，而且在通常情况下，I/O地址空间不会通过CACHE进行缓存。目前SkyEye支持三种类型的内存映射：ROM SPACE(只读)、RAM SPACE(可读写)、IO SPACE(可读写，与特定开发板相关)。SkyEye对这三种类型的内存映射的处理是不同的。在SkyEye中把一段连续的地址空间称为一个 mem_bank，多个mem_bank之间不一定连续。mem_config_t数据结构的具体内容如下：

typedef struct {        int bank_num;        int current_num;        mem_bank_t mem_banks[MAX_BANK];} mem_config_t;

其中 bank_num用来记录当前的硬件配置中的mem_bank总数，current_num是用于解析skyeye.conf中的mem_bank配置信息的一个辅助变量，mem_banks数组具体记录了每个mem_bank的类型和相关的访问函数。mem_bank_t数据结构的具体内容如下：

typedef struct mem_bank_t {  ARMword (*read_byte)(ARMul_State *state, ARMword addr);  void (*write_byte)(ARMul_State *state, ARMword addr, ARMword data);  ARMword (*read_halfword)(ARMul_State *state, ARMword addr);  void(*write_halfword)(ARMul_State *state, ARMword addr, ARMword data);  ARMword (*read_word)(ARMul_State *state, ARMword addr);  void (*write_word)(ARMul_State *state, ARMword addr, ARMword data);  unsigned long   addr, len;  char    filename[MAX_STR];  unsigned type;} mem_bank_t;

其中的read/write_* 函数指针分别对应了不同类型内存映射的访问函数；addr表示mem_bank的起始地址；len表示mem_bank_的大小；filename是 binary image文件名；type表示mem_bank的类型。函数指针赋值等配置过程由skyeye_options.c中的函数 do_mem_bank_option完成。如果在skyeye.conf中存在binary image文件名，则do_mem_bank_option函数会把文件内容读入到对应的mem_bank中。

5. net_config_t数据结构

SkyEye支持网络模拟，目前描述网络配置的数据结构是net_config_t，它的具体内容如下：

typedef struct {   int state;   unsigned char macaddr[6];   unsigned char  hostip[4];    int ethmod;   int fd;                        int hubindex;    int (*net_init)(int index, unsigned char *macaddr, unsigned char *hostip);   unsigned char (*net_output)(int if_fd, ARMul_State *state,/                   unsigned char startpage,unsigned short packet_len);   void  (*net_input)(int if_fd, ARMul_State *state);}net_config_t;

其中各个field的含义描述如下：

• state是一个布尔变量，它为1表示网络芯片工作，它为0表示网络芯片不工作。
• macaddr用来保存网络芯片的mac地址
• hostip用来保存主机上与SkyEye进行网络通信所用的IP地址
• ethmod：表示与主机的模拟网络交互的方式；目前定义的交互方式有：
  • #define NET_MOD_LINUX 0
  • #define NET_MOD_TUNTAP 1
  • #define NET_MOD_WIN 2
  • #define NET_MOD_VNET 3

目前可以使用的两种方式有 NET_MOD_VNET(与SkyEye提供的vnet.o内核模块进行网络交互)和 NET_MOD_TUNTAP(与linux的tun.on内核模块进行网络交互)。

• fd：表示SkyEye用于与主机进行网络交互的设备文件描述符。
• hubindex：用于NET_MOD_VNET方式，表示所处的是第几个虚拟hub网段。如果它的值是i，则处于第i个hub网段中。
• net_init/net_input/net_output：这三个函数与具体的模拟网络交互方式有关，分别完成初始化操作和与主机网络的输入输出操作。相关的实现在文件skyeye_net_*.c中。

有关8019AS模拟芯片(NE2000兼容)的具体配置与实现位于文件skyeye-ne2k.[ch]中。有关网络模拟的具体实现可参考错误！未找到引用源。节。

6. ARMul_State数据结构

上面讲述的是与SkyEye的硬件配置相关的数据结构，可以理解为一种静态硬件配置的数据结构，这些数据结构中的域基本不随着SkyEye模拟硬件的运行而改变。而ARMul_State描述的是一种动态硬件配置的数据结构，它保存了随着SkyEye模拟硬件的运行而时刻改变的硬件数据。由于 ARMul_State中的域数量繁多，大体分为

• 与CPU模拟相关的域
• 与协处理器模拟相关的域
• 与内存和MMU/CACHE相关的域
  • 与统计相关的域
  • 与具体开发板相关的io部分

这里只描述其中关键的部分：

• 与CPU模拟相关的域
  • ARMword Reg[16]：CPU当前模式下的寄存器值
  • ARMword RegBank[7][16]：CPU所有七种模式下的寄存器值
  • ARMword Cpsr：CPU的当前程序状态寄存器
  • ARMword Spsr[7]：CPU所有七种模式下的程序状态保存寄存器
  • ARMdword Accumulator：40bit的累加寄存器，目前用于xscale体系结构中
  • ARMword NFlag, ZFlag, CFlag, VFlag, IFFlags, Sflag,TFlag：各种状态位
  • ARMword Bank：CPU对应模式寄存器组的索引值
  • ARMword Mode：CPU模式索引值
  • ARMword instr, pc：pc是目前正在执行的程序指针，instr是pc所指地址的内容
  • ARMword loaded, decoded：loaded是正在加载的指令，decoded是正在解码的指令
  • unsigned NfiqSig：FIQ信号
  • unsigned NirqSig：IRQ信号
• 与协处理器模拟相关的域
  • ARMul_CPInits *CPInit[16]：16个协处理器的初始化函数
  • ARMul_CPExits *CPExit[16]：16个协处理器的退出函数
  • ARMul_LDCs *LDC[16]：16个协处理器的LDC指令函数
  • ARMul_STCs *STC[16]：16个协处理器的STC指令函数
  • ARMul_MRCs *MRC[16]：16个协处理器的MRC指令函数
  • ARMul_MCRs *MCR[16]：16个协处理器的MCR指令函数
  • ARMul_CDPs *CDP[16]：16个协处理器的CDP指令函数
  • ARMul_CPReads *CPRead[16]：16个协处理器的读CP寄存器函数
  • ARMul_CPWrites *CPWrite[16]：16个协处理器的写CP寄存器函数
  • unsigned char *CPData[16]：16个协处理器的数据指针
  • ARMword CP14R0_CCD：在xscale体系结构的CP14协处理器中，用于统计时钟周期
• 与内存和MMU/CACHE相关的域
  • mmu_state_t mmu：mmu/cache的数据结构，在armmmu.h中定义，详解请参考"SkyEye的MMU/CACHE和Memory模拟实现"一节
  • mem_state_t mem：memory的数据结构，在armmem.h中定义，详解请参考"SkyEye的MMU/CACHE和Memory模拟实现"一节
• 与统计相关的域
  • unsigned long NumScycles, NumNcycles, NumIcycles, NumCcycles, NumFcycles：用于统计不同状态下的周期数
  • unsigned long NumInstrs：当前执行的指令数

其它与特定CPU和开发板相关的各种io寄存器的定义放到了各个与开发板相关的文件中，如skyeye_mach_at91/ep7312/pxa/sa.c等处，详解请参考"SkyEye的开发板IO模拟实现"。

与具体开发板相关的io部分
ARMul_io mach_io;
其中ARMul_io的结构目前为

struct ARMul_io{ARMword *instr; //to display the current interrupt stateARMword *net_flag;//to judge if network is enabledARMword *net_int; //netcard interruptARMword *lcd_is_enable;      //turn lcd on?ARMword *lcd_addr_begin;   //the begining display mem addr of lcd ARMword *lcd_addr_end;     //the end      display mem addr of lcd};

instr是记录当前的中断状态
net_flag判断网络选项是否打开
net_int用来记录网络中断号
lcd_is_enable来记录LCD是否使能
lcd_addr_begin记录lcd显存的起始位置
lcd_addr_end记录显存的结束位置

7． SkyEye逻辑执行流程

了解SkEye的总体逻辑执行流程，对了解硬件的体系结构和软件/硬件的接口有较大帮助。从总体上，可把SkyEye逻辑执行流程按执行的时间顺序划分为两个阶段：

1. SkyEye加载与配置处理过程

2. SkyEye模拟执行过程

第一阶段为第二阶段的正常执行做了充分的准备，具体的执行内容包括；

• 读入带调试信息的操作系统执行文件(由GDB完成)
• 根据配置文件skyeye.conf的信息配置模拟硬件
• 如果skyeye.conf中存在binary image格式文件，加载这些文件
• 根据操作系统执行文件的内容加载调试信息(由GDB完成)
• 根据操作系统执行文件信息加载执行文件中的代码段和数据段等(由GDB完成)
• 执行相关模拟硬件的初始化函数

其中总的初始化函数是位于wrapper.c中的init函数，它调用如下函数完成整个模拟硬件的初始化工作：

1. ARMul_EmulateInit：初始化与执行机器指令相关的数据ARMul_ImmedTable和ARMul_BitList
2. ARMul_NewState：初始化结构为ARMul_State的全局变量state
3. skyeye_option_init：初始化全局变量skyeye_config
4. skyeye_read_config：读取配置文件skyeye.conf并根据配置文件进行相关配置
5. nic_init：根据配置文件信息配置网络模拟环境
6. skyeye_config.mach->mach_init(state, skyeye_config.mach)：根据配置文件信息配置CPU和开发板的相关I/O函数
7. ARMul_Reset(state)：进一步初始化全局变量state，并根据配置文件信息配置MMU/CACHE和memory
8. io_reset：初始化特定CPU和开发板的IO寄存器

第二阶段根据特定硬件的配置描述，开始执行特定硬件模拟处理。整个过程围绕CPU执行指令展开，根据模拟硬件可分为如下几个阶段：

• CPU执行三级流水线处理，即取指令、译码、执行指令，主要处理集中在armemu.c中的ARMul_Emulate32/26函数。
• 在执行指令过程中，如果有中断产生，CPU调整运行模式，并改变指令指向中断向量起始地址，主要处理集中在arminit.c中的函数ARMul_Abort函数、armemu.c中的ARMul_Emulate32/26函数。
• 在执行指令过程中，如果指令是协处理器指令，则把指令转交给协处理器模拟模块进行进一步处理，主要处理集中在文件armcopro.c、xscale_copro.c等文件中。
• 在执行指令过程中，如果发现指令是访问内存/IO的指令，则根据SkyEye模拟的特定CPU是否有MMU/CACHE分别进行处理：
  • 如果CPU有MMU/CACHE，则进入MMU/CACHE模拟模块，如果还需要内存访问，则进入memory模拟模块处理。如果访问地址属于IO地址空间，则转到特定CPU和开发板的IO模拟模块处理。
  • 如果CPU没有MMU/CACHE，则直接进入memory模拟模块处理。如果访问地址属于IO地址空间，则转到特定CPU和开发板的IO模拟模块处理。

处理访问内存/IO的指令的相关内容集中在armvirt.c；与MMU/CACHE处理、read/write buffer(用于StrongARM和XScale体系结构的模拟)处理相关的文件包括armmmu.[ch]、mmu/*.[ch]；与访问 memory模拟有关的内容主要集中在armmem.[ch]中。

• 如果要执行IO地址访问，这具体的处理过程由特定CPU和开发板IO模拟模块中的read/write_byte/halfword/word函数处理。
  • 为了模拟外设的执行，在执行指令过程的每一个周期，会执行一个io_do_cycle函数，它会调用特定CPU和开发板的IO模拟模块中的*_io_do_cycle函数，完成对时钟、网络输入输出、UART输入输出等的处理，并根据条件产生中断信号。

下一篇文章将讨论 CPU/开发板仿真。

参考资料

• 本文节自 《源码开放的嵌入式系统软件分析与实践——基于SkyEye和ARM开发平台》一书的第三章，对 SkyEye 开源项目感兴趣的可以阅读本书。
  
  
• SkyEye硬件模拟平台, 第一部分: SkyEye 介绍
  
• SkyEye硬件模拟平台，第二部分: 安装与使用
  
• 在 developerWorks Linux 专区 可以找到更多为 Linux 开发者准备的参考资料。

关于作者

 

陈渝, 清华大学，通过 [e-mail] 可以和他联系。