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模拟器中关于指令ebreak的原理

ebreak指令是用于debugging.

转移控制给debugger或者monitor

其指令格式与其他指令格式不同:确实是其指令位都是0.

另一个作用:

作为断点点(breakpoint),可以由程序员或者debugger在程序中插入ebreak作为暂停处理器,使处理器的状态为stop.

这个ebreak指令是debugging,monite. 或者embeded microcontrollers or high-performance processors

ebreak指令被匹配上时,会调用NEMUTRAP宏.

NEMUTRAP宏callset_nemu_state function.

set_nemu_state function

first parameter is “state” NEMU_END

second parameter is current pc : “thispc”

third parameter is code : “code”

set nemu_state 变量中的state, halt_pc, halt_ret

为什么要有AM

AM提供的运行时环境,是一个简陋的环境,提供必要的API接口给程序.

操作系统提供的是一个全能的运行时环境,包括文件系统,cpu资源管理,性能测试等.

AM与操作系统的不同:还是需要依靠操作系统的编译环境.没有实现多线程调度,隔离进程,内存垃圾清理等任务.

运行时环境的抽象层次要比操作系统高点

关于程序编译在AMruntime_environment和GNU/Linux的区别

疑问一:为何程序默认编译之后,生成在GNU/Linux运行时环境运行的程序,和使用交叉编译生成在am提供的运行时环境的程序,两则不同.(从汇编代码角度考虑,当程序编译之后,生成的汇编代码不都是在.o文件中,我在nemu中实现对应的汇编指令不就好了)

程序从源码到可执行文件需要三步:预编译,编译,链接.
我们看到的汇编代码都是源码指令对应的直接代码,是可以在nemu中实现的.
但是在源码中所写的宏#include包含文件中的代码,并没有显示出来.

而是作为符号存储起来,用于在链接阶段与用到的库中的程序链接.
这里面运行时环境的代码我们并没有实现.

所以我们需要使用交叉编译.

并且我们的目标运行机器(nemu)的功能并没有提供比多线程,上下文切换的支持语句.所以,我们需要编译出更适合我们机器的代码.

如何实现hit good trap和bad trap

在执行am-kernels中的tests程序时:
没有实现的指令,会出现bad trap;
实现对的指令,出现good trap;
实现错的指令,有时候出现good trap有时候出现bad trap;

什么机制来触发bad trap?

如果程序执行的过程中,指令的实现是偏移的(结构上是正确的),也会出现bad trap

那么就有一个检查机制.

查看tests中的代码就会发现,有一个include预编译包含了trap.h文件.

每一个test程序都有检查机制(check函数).

这个check函数就在trap中定义.

这里的check函数,就在调用的地方,进行了检测,传入bool值,然后根据这个值,来调用halt函数.

__attribute__((noinline))的作用

在trap.h文件中,包含了am.h,klib.h,klib-macros.h文件

并且还这样定义了check函数:

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__attribute__((noinline))
void check(bool cond) {
	if (!cond) halt(1);
}

这里的attribute是GCC编译器支持的一种属性,设置变量,结构体,函数的特定属性.

在这里是用的是,不要内联展开.

这样的check函数,便不会被编译器优化,在调用处展开,这样的话,利于监视跟踪.

关于__attribute__的使用.

放置位置,在不同的情景中,可以放置在不同的位置中:
例如: void fatal_error() __attribute__ ((deprecated));

klib.h文件

这里面定义了关于string.h/stdlib.h/stdio.h

在这里使用了extern “C”

使用原因:

在c++编译器中,由于重载的缘故,每一个函数的符号命名,都是由函数名和参数名一块进行确定最终命名的,这一过程是名称修饰.

在c编译器中,没有名称修饰.

所以c++编译的c函数,无法链接c对应的库,c编译器编译的c++代码,无法连接c++的库.

所以有了extern “C”

消除名称修饰.

halt函数

在trap.h文件中,包含了am.h文件

halt函数便是在am.h文件中声明的:

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void halt (int code) __attribute__((__noreturn__));

这里也使用了__attribute__((__noreturn__));

告诉编译器,这个函数是没有返回的.

halt函数是在abstract-machine/am/src
/native/trm.c文件

在这里,halt函数是调用了nemu-trap函数,将参数原封不动传入

在abstract-machine/am/src/platform/nemu/include/nemu.h文件中

定义了不同架构的nemu_trap宏

展开位asm的一个函数/宏

好,这里涉及到了内联汇编的知识.

内联汇编 asm

nemu_trap的最后功能代码是实现了一个汇编语句:mu a0, %0; ebreak

这个汇编语句的作用,以及参数的传导,在文档中已经有讲,但是这里要做的就是关于set_nemu_state函数的分析.见上.

实现了错误的指令,或者其他未实现的地方的处理

比如nemu中的INV指令,传入s->pc,在cpu.h文件中,定义INV宏

用于调用invalid_inst函数,而invalid_inst函数其实就是调用set_nemu_state函数,直接传参NEMU_ABORT, thispc, -1

而在此之前,就是将所有必要的信息printf出去.

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