简化CPU模型中微指令的分析和设计方法

简化CPU模型中主要包括算逻单元ALU,程序计数器PC,指令寄存器IR,数据寄存器DR,地址寄存器AR和指令译码器,这些部件对于微指令的执行起着至关重要的作用,而微指令流的顺序执行又导致了指令的执行,因此微指令如何构成以及如何执行就成了程序运行的硬件基础,从这个意义上说,微指令的分析与设计对于理解整个CPU的结构和功能至关重要。     

模型机虚拟实验平台的设计与实现

提出一种基于组件的模型机虚拟实验平台(CPU_VLAB)的设计模型和实现方法.CPU_VLAB采用Java语言实现,具有良好的平台无关性;以Java Bean组件技术开发模型机的基本部件,提高软件的重用性;结合多线程技术的wait和notify机制以及锁的同步控制技术,提出一种组件分类触发调度机制,有效地解决具有复杂关系组件之间的调度运行问题,保证微命令的有序执行.与已有的模型机虚拟实验平台相比,该实验平台不仅在通用性、自主性和可重用性等方面有较大的提高,而且具有良好的可交互性,同时,CPU_VLAB的组件调度机制为开发计算机硬件类课程虚拟实验平台提供参考.实验结果表明:在此平台上,学生能够搭建和验证模型机实验,从而巩固对CPU工作原理的理解,大大提高学生的实践动手能力和创新能力.     

基于VHDL语言的CISC-CPU系统设计

应用XILINXISE软件开发平台,采用自顶向下的设计方法及VHDL语言描述开发设计了CISC-CPU系统.将CISC-CPU划分成九个基本功能模块,进行编译综合及仿真,给出了指令执行的仿真波形,验证了CPU指令的功能.     

Unicore架构下的Dalvik虚拟机优化

基于Unicore架构,对Dalvik虚拟机进行了移植优化.通过分析Unicore架构下应用程序二进制接口与Dalvik虚拟机的平台相关性,设计实现了jniArgInfo变量字段的布局以及与Dalvik虚拟机平台相关的本地方法调用桥.在设计完成Unicore架构下的快速型解释器入口函数、别名寄存器、汇编宏定义以及汇编版本快速型解释器架构等组件的基础上,结合虚拟机快速型解释器的混合实现机制对Dalvik虚拟机进行了优化,并对优化后Dalvik虚拟机的兼容性、功能、性能进行了测试验证.实验结果表明,优化后的Dalvik虚拟机符合Android系统规范,虚拟机核心部件及Dalvik解释器性能稳定,与优化前相比,系统每秒执行的字节码数目提升达147%.与同类平台的对比测试结果验证了Dalvik虚拟机性能提升的合理性.     

Java虚拟机中的动态锁cache优化

Java虚拟机在运行过程中使用即时编译器编译Java程序的热点方法,然后直接执行热点方法的本地代码.锁cache机制允许Java虚拟机将编译方法的本地代码锁在cache中,以提高编译执行时的指令cache命中率.通过分析Java虚拟机中编译方法的调用规律,得到编译方法的活跃时间段、平均大小和内存分布情况.基于编译方法的调用规律,给出Java虚拟机中的动态锁cache优化方法.在Java热点方法的活跃期将其本地代码段锁在cache中,以减少cache失效.最后,在龙芯3A的HotSpot虚拟机上实现了动态锁cache优化方法.实验结果表明,Java虚拟机中的动态锁cache优化方法能够使SPECjvm2008运行时的cache失效次数平均降低8.5%,性能平均提升4%.     

可定制Tcore处理器指令调度设计

基于传输触发体系结构可定制Tcore处理器具有理想的性能/价格比.但由于大量数据传输细节在体系结构一级可见导致了过低的编译效率.为此,提出了一种基于MACHSUIF中间格式的可重定目标编译器架构,将表调度与关键路径算法相结合以实现高效指令调度,从而大幅度提高编译质量.此外,通过基于操作的调度方法解决指令调度过程中功能单元的死锁问题.通过在4个DSP应用上进行测试,指令级并行度比传统的MoveFramework提高40%左右.     

基于进程级虚拟机的软件防篡改方法

分析整理了进程级虚拟机(PVM)保护机制,并提出一种基于进程级虚拟机的软件防篡改方法.该方法将校验和哨兵技术及反调试技术以虚拟指令(VI)的方式融合进来,设计并实现了多种防篡改安全指令(TPI)和反调试安全指令(ADI),并基于哨兵环和随机化的思想植入源程序中.保证被保护程序的内部代码不遭到恶意篡改攻击,且程序在无损环境中执行.最后,通过原型系统VMGuards进行验证,实验结果表明VMGuards的保护粒度与保护后程序的执行性能开销之间能达到很好的平衡.     

新型电脑横机控制系统设计

提出一种基于FPGA的三级递阶结构的电脑横机系统控制方案.在该体系中,花型准备系统是基于Windows的开放式编程系统,通过编译自动生成编织指令数据文件.控制系统通过构建电脑横机编织过程的工艺执行子系统,代替多CPU器件的互联.工厂实践证明,它具有集成度高,稳定性好,实时性强的优点.FPGA的可重载性及并行工作方式使很多软件层的工作可以由硬件实现,提高了系统的可靠性及可移植性.     

多发射处理器的指令调度算法研究

RISC体系作为精简指令集计算机的兴起,使得多发射处理器的指令调度算法成为研究热点.本文从程序块划分和执行角度,讨论了多发射处理器的指令调度算法,介绍了几种局部指令和全局指令调度的影响力较大的算法.它们通过指令调度的优化,提高多发射处理器内部功能部件的执行并行性.本文还给出了进一步研究方向,构造多发射结构多处理器并行处理系统,实现处理器之间的并行技术和处理器内部的并行技术的整合.     

基于组件的可设计性虚拟实验的构建与实现

应用组件技术构建虚拟实验,采用UI-Model体系结构设计了描述实验环境、处理仪器间交互关系的实验平台;通过表达实验内容的实验算法组件将实验平台与虚拟仪器有机地结合,实现可设计性虚拟实验.实验平台通过算法接口选择不同的算法组件,完成不同实验内容的实验,实现了虚拟实验的扩充性和设计性.以测光速实验为例说明基于组件的可设计性虚拟实验的构建原理和实现方法.