YEMU模拟器运行机制

---

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>

//------------4个寄存器,16字节地址
#define NREG 4
#define NMEM 16

// define the instruction format
//-----------------联合体用法,总长是8bit,可以引用不同的位域
typedef union {
struct { uint8_t rs : 2, rt : 2, op : 4; } rtype;
struct { uint8_t addr : 4 , op : 4; } mtype;
uint8_t inst;
} inst_t;
//-------------------宏,解码声明定义
#define DECODE_R(inst) uint8_t rt = (inst).rtype.rt, rs = (inst).rtype.rs
#define DECODE_M(inst) uint8_t addr = (inst).mtype.addr

uint8_t pc = 0; // PC, There is no 4-bit data type in C, we use 8-bit type to represent it
uint8_t R[NREG] = {}; // registers
uint8_t M[NMEM] = { // memory, which contains a program that calculates z = x + y
0b11100110, // load 6# | R[0] <- M[y]//加载33
0b00000100, // mov r1, r0 | R[1] <- R[0]//移动到r1寄存器
0b11100101, // load 5# | R[0] <- M[x]//加载16
0b00010001, // add r0, r1 | R[0] <- R[0] + R[1]//相加存储在r0
0b11110111, // store 7# | M[z] <- R[0]//存放内存中
0b00010000, // x = 16
0b00100001, // y = 33
0b00000000, // z = 0
};

int halt = 0; // end marker

// Execute an instruction
void exec_once() {
inst_t this;
this.inst = M[pc]; // instruction fetch
switch (this.rtype.op) {
// op decode operand decode execution
//局部作用域,声明定义解码中的不同域
case 0b0000: { DECODE_R(this); R[rt] = R[rs]; break; }
case 0b0001: { DECODE_R(this); R[rt] += R[rs]; break; }
case 0b1110: { DECODE_M(this); R[0] = M[addr]; break; }
case 0b1111: { DECODE_M(this); M[addr] = R[0]; break; }
default:
printf(“Invalid instruction with opcode = %x, halting…\n”, this.rtype.op);
halt = 1;
break;
}
pc ++; // Update PC
}

int main() {
while (1) {
exec_once();
if (halt) break;
}
printf(“The result of 16 + 33 is %d\n”, M[7]);
return 0;
}

---

状态模型

项目助解由于只用到了PC, R0, R1, M[7],所以这里的状态机这样表示:
(PC, R0, R1, M[7])
(0, 0, 0, 0) -> (1, 33, 0, 0) -> (2, 33, 33, 0) -> (3, 16, 33, 0) -> (4, 49, 33, 0) -> (5, 49, 33, 49)
注意由于M[6]存储着0b00010000,所以下一个状态是
-> (6, 98, 33, 49) -> RETURN

通过使用union定义指令格式

在该微小模拟器中.根据PC从内存(数组)中取出一个字节,对其opcode进行译码,这里不管是this.rtype.op还是this.mtype.op都是可以的,因为两个指令的op位域是相同的(高4位),然后通过case语句(Look-up Table), 进行不同的译码(使用不同的宏来声明不同指令格式的引用),
然后对齐进行算术操作或者赋值操作.
如果opcode译码阶段错误,则会置halt为1.然后退出.
最后退出,等待下一次调用.

联系/最后

这里体现了,从内存读取指令,执行指令(访问寄存器/访问内存/ALU).

状态模型掩盖了译码阶段,只关注存储器中的值(状态).
后者更加关注过程,行为过程

---

• ← Previous Post
• Next Post →

---

---