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基于SimpleScalar性能和功耗分析多核模拟器.pdf63页
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上海交通大学
硕士学位论文
基于SimpleScalar的性能和功耗分析多核模拟器
姓名：倪俊杰
申请学位级别：硕士
专业：软件工程
指导教师：祝永新
上海交通大学工程硕士学位论文
基于SimpleScalar 的性能和功耗分析多核模拟器
基于SimpleScalar 的性能和功耗分析多核模拟器
为了应对日益复杂的应用，处理器芯片的设计现在已经基本达成一
个共识：将来一个芯片内会集成多个甚至成百上千个处理器。尽管现在
已经有多核处理器的产品，但是从体系结构到软件开发方面还存在很多
问题。而在众多问题中，低功耗和热优化 Thermal
Management 设计已
经成为微处理研究中的核心问题，片上多处理器 CMP
的多核结构决定
了其相关的功耗研究是一个至关重要的课题。低功耗设计是一个多层次
问题，需要同时在操作系统级，算法级，结构级，电路级等多个层次上
进行研究，每个层次的低功耗设计方法的效果不同，抽象层次越高，功
耗和温度降低的效果越明显。
想要对功耗进行深入的研究，对其特性在软件上进行模拟是一个很
好的切入点。本文基于单核处理器模拟器SimpleScalar 及其上的功耗模
型 Wattch ，实现了一个能进行详细的性能和功耗分析的同构多核模拟
我们针对功耗模型计算量比较大这个问题进行了有趣的尝试，最后
提出一种解决方案，可以根据不同的需求在模拟器速度和具体程度上进
正在加载中，请稍后...outorder超标量乱序执行步骤详解
SimpleScalar模拟器是一个超标量、5级流水的RISC(Reduced Instruction Set Computing)体系结构模拟器，提供了从最简单的功能模拟
& & &&SimpleScalar模拟器是一个超标量、5级流水的RISC(Reduced Instruction Set Computing)体系结构模拟器，提供了从最简单的功能模拟到超标量乱序发射的不同的模拟程序。
SimpleScalar模拟器在功能级上实现了执行驱动、解释执行，在行为级上实现了流水线模拟。该工具集提供了一个以GCC为主的编译器以及相关组件，能够产生基于SimpleScalar体系结构的目标代码，然后在SimpleScalar模拟器上运行。
运行模拟器时，主程序main( )做所有的初始化工作，并将二进制目标码载入内存，然后调用sim_main()，sim_main()在每个模拟器中单独说明，预先译码整个正文段，加快模拟。然后开始目标程序的模拟：
（1）Sim-fast
Sim-fast是执行速度最快，最不关心模拟过程细节信息的子模拟器程序。它采用顺序执行指令的方式，没有指令并行；不支持cache的使用，也不进行指令正确性检查，由程序员保证每条指令的正确性；不支持模拟器本身内嵌的Dlite！调试器（类&#20284;于gdb调试器）。为了模拟器的速度优化，在缺省情况下，sim-fast模拟器不进行时间统计，不对指令的有关信息（如指令总数及访存指令数目）进行统计。当然，可以修改模拟器源程序，通过改变其设置，使模拟器更加符合设计人员的需求。
（2）Sim-safe
在工具集中，是最简单的最友好的模拟器，在sim-fast的基础上添加了Dlite!调试支持，检查所有的指令错误，不讲究速度。
（3）Sim-bpred
实现一个分支预测(branch prediction，也称作跳转预测)分析器，可采用五种分支预测方式：nottaken, taken, bimod,2lev, comb。
& & & 特有参数：
-bpred&&&string& # bimod # branch predictor type{nottaken|taken|bimod|2lev|comb}
-bpred:bimod &int&&& # 2048 # bimodal predictor config (&tablesize&)
-bpred:2lev&int list...& # 1 # 2-level predictor config
（4）Sim-cache &sim-cheetah
Sim-cache实现cache模拟功能，为用户选择的cache和快表(TLB, translationlookaside buffer)设置生成cache统计，其中可能包含两级指令和数据cache ，还有一级指令和数据快表，不会生成时间信息。另外，实现cache模拟功能的还有sim-cheetah，能够有效地模拟全相联cache，并能同时生成各种cache
set数配置下的cache统计量。同样地，sim-cheetah不会生成时间信息。
特有参数：
Sim-cache:
&&-cache:dl1&&&&&& &string&# dl1:256:32:1:l # l1 datacache config, i.e.,
{&config&|none}
& & &&-cache:dl2&&&&&& &string&# ul2::l # l2data cache config, i.e.,
{&config&|none}
&Sim-cheetah:
-refs&&&&&&&&&&string& #data #reference stream to analyze, i.e., {none|inst|data|unified}
-R&&&&&&&&&&&&string& #lru # replacement policy, i.e., lru or opt
-C&&&&&&&&&&&& &string& # sa # cacheconfiguration, i.e., fa, sa, or
（5）Sim-eio
这个模拟器支持生成外部输入/输出跟踪（EIO traces）和断点文件。外部事件跟踪俘获程序的执行，并且允许被打包到一个单独的文件，以备以后的再次执行。这个模拟器也提供在外部事件跟踪执行中在任意一点做断点。断点文件可被用于在程序运行中启动simplescalar
特有参数：
-fastfwd&&&&&&&& &int&# 0 # number of instsskipped before tracing starts
-trace&&&&&&&&&& &string&# &null& # EIOtrace file output file name
-perdump&&&&&&& &string list...& # &null& #periodic checkpoint every n instructions: &base fname& &interval&
-dump&&&&&&string list...& #&null& # specify checkpoint file andtrigger: &fname& &range&
（6）Sim-outorder
最完整的工具，前文中已提到。支持依序和乱序执行，branch predictor，memory hierarchy，function unit个数等参数设定。这个模拟器追踪潜在的所有流水（pipeline）操作。
特有参数：
-fetch:ifqsize&&&int&&&&&& &#4 # instruction fetch queue size (in insts)
-fetch:mplat&&&&&int&&&&& #3 # extra branchmis-prediction latency
-fetch:speed&&&&&int&&&&& # 1 # speed offront-end of machine relative to execution core
-decode:width&&&&int&&&& # 4 # instructiondecode B/W (insts/cycle)
（7）Sim-profile
(责任编辑：赵红霞)
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