QEMU TCG研究

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VIP免费原创 2022-06-23 16:32:37 800 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

TCP/IP协议栈之QEMU（零）--- LwIP开发调试环境搭建一、QEMU环境搭建嵌入式软件开发离不开开发板，在没有物理开发板的情况下，可以使用 QEMU 等类似的虚拟机来模拟开发板。QEMU 是一个支持跨平台虚拟化的虚拟机，它可以虚拟很多开发板。为了方便大家在没有开发板的情况下体验 RT-Thread，RT-Thread 提供了 QEMU 模拟的 ARM vexpress A9 开发板的板级支持包 (BSP)，我们可以在此基础上学习LwIP协议栈的开发... 阅读详情

TCG

动态翻译的基本思想就是把每一条Target指令切分成为若干条微指令，每条微指令由一段简单的C代码来实现，运行时通过一个动态代码生成器把这些微指令组合成一个函数，最后执行这个函数，就相当于执行了一条Target指令。那么现在的CPU指令这么多，怎么知道要分为哪些微指令呢？其实CPU指令看似名目繁多，异常复杂，实际上多数指令不外乎以下几大类：数据传送、算术运算、逻辑运算、程序控制；例如，数据传送包括：传送指令（如MOV）、堆栈操作（PUSH、POP）等，程序控制包括：函数调用（CALL）、转移指令（JMP）等；
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上述流程图是从 CPU 初始化到生成 TCG 中间代码的过程，部分代码与 Target 强相关，从如下 References 可以看出
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0x23 指令翻译核心函数 cpu_gen_code

变量 s 作为 TCG 上下文
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TCGContext 的定义（部分代码）

struct TCGContext {
   
   
    uint8_t *pool_cur, *pool_end;
    TCGPool *pool_first, *pool_current;
    TCGLabel *labels;
    int nb_labels;
    TCGTemp *temps; /* globals first, temps after */
    int nb_globals;
    int nb_temps;
    /* index of free temps, -1 if none */
    int first_free_temp[TCG_TYPE_COUNT * 2]; 

    /* goto_tb support */
    uint8_t *code_buf;
    unsigned long *tb_next;
    uint16_t *tb_next_offset;
    uint16_t *tb_jmp_offset; /* != NULL if USE_DIRECT_JUMP */

    /* liveness analysis */
    uint16_t *op_dead_args; /* for each operation, each bit tells if the
                               corresponding argument is dead */
    
    /* tells in which temporary a given register is. It does not take
       into account fixed registers */
    int reg_to_temp[TCG_TARGET_NB_REGS];
    TCGRegSet reserved_regs;
    tcg_target_long current_frame_offset;
    tcg_target_long frame_start;
    tcg_target_long frame_end;
    int frame_reg;

    uint8_t *code_ptr;
    TCGTemp static_temps[TCG_MAX_TEMPS];

    TCGHelperInfo *helpers;
    int nb_helpers;
    int allocated_helpers;
    int helpers_sorted;
};

在对一个翻译块进行二进制翻译时，TCG 需要维护一些信息完成动态翻译，即 TCGContext，TCG 上下文包含三类信息：内存池、标号和变量1。

TCGPool：内存池，用于二进制转换期间的内存管理。为了提高性能，TCG 在初始化期间分配了较大的存储空间（32K）。TCG 需要内存时，直接从中获取，当内存池剩余空间不满足申请需求，再申请新内存。内存池之间通过链表维护。
TCG 变量：临时、局部和全局变量。在 TCG 上下文中，所有变量存放在一个静态分配的数组中。不再使用的变量，使用链表链接。先从被释放链表中分配，后从静态数组中分配。

目标指令翻译成 TCG 中间码

gen_intermediate_code() 函数定义在不同架构的 target-xxx/translate.c 文件中。该函数将 target 指令翻译成中间码。操作码和操作数分开存储。操作码存放在 gen_opc_buf变量，操作数存放在 gen_opparam_buf变量。翻译过程就是不断向上述两个缓冲区填充操作码和操作数。
将基本块（basic block, tb）翻译成 TCG 中间代码（intermediate code）。