[发明专利]动态切换仿真模式的仿真方法及仿真设备

说明书

技术领域

本发明涉及在仿真过程中动态切换仿真模式的仿真方法和仿真设备。

背景技术

长期以来，计算机架构师依靠软件仿真来研究设计出的硬件的功能和性能。通常，软件仿真设备具有周期精确仿真和功能仿真两种仿真模式。功能仿真是较为简单的仿真模式，其通常用于软件开发。在功能仿真模式中，仿真设备仿真所设计的硬件的功能来调试和运行开发的应用程序和操作系统并给出运行的结果。但是，功能仿真无法反映所设计的硬件的性能如何。与此相反，周期精确仿真是较为复杂的仿真模式，其通常用于硬件体系结构的研究。在周期精确仿真模式中，仿真设备不仅能够仿真所设计的硬件的功能，而且能够准确地评估所设计的硬件的性能。然而，尽管周期精确仿真模式与功能仿真模式相比具有准确评估硬件性能的优势，但其有着固有的缺点，即仿真速度比功能模式下的仿真速度慢得多。以Mambo为例，仿真设备在周期精确仿真模式下的速度比在功能仿真模式下的速度要慢2个数量级，比所仿真的硬件更是慢了4个数量级以上。因此，如何能够通过恰当地应用所述功能仿真模式和周期精确仿真模式来实现准确的硬件性能评估和较快的仿真速度是人们所关心的。

针对这一问题，一种解决方法是采用采样微体系结构仿真(SamplingMicroarchitecture Simulation，SMARTS)框架作为使得能够进行全长基准的快速和准确的性能测量的途径(参见R.Wunderlich，T.Wenisch，B.Falsafi和J.Hoe.SMARTS：Accelerating Microarchitecture Simulation via Rigorous StatisticalSampling，International Symposium on Computer Architecture，第84-95页，SanDiego，California，2003年6月)。SMARTS通过仅以周期精确仿真模式选择性地仿真适当的基准子集、以功能仿真模式来仿真其余的指令集来加速仿真。SMARTS规定了统计的探测过程，用于配置系统采样仿真运行以获取期望的准确度。另一种方法是通过避免周期精确仿真重复代码段来减少仿真量(参见W.Liu和M.Huang，EXPERT：expedited simulation exploiting programbehavior repetition，Proceedings of the 18th annual International Conference onSupercomputing，2004年6月)。因为重复代码段代表平稳的程序行为，因此通过辨别程序行为的重复并且采用功能仿真模式对重复代码段进行仿真，可以明显地加快仿真速度而不会影响性能评估的准确度。

然而上述方法以及其他在此处未提到的方法在实现时都需要首先对程序进行分析，并基于分析结果来确定进行周期精确仿真的指令子集和进行功能仿真的其余指令集。但是，对程序的分析处理往往都基于非常复杂的算法和数学统计。例如，它们需要分析源代码或二进制代码来搜索所有的基本块，子程序或重复循环，因而非常难于实现。而且在很多时候，无法获取源代码或二进制代码，从而导致无法进行分析。另一方面，在程序运行之前的这种静态分析无法观察到程序的动态行为，从而可能花费不必要的时间进行分析和仿真。例如，程序中的许多子程序和循环实际并不执行很多次(可能在整个程序的运行过程中仅仅执行一次或两次)，从而它们对准确度的影响非常小，所以实际上并不需要花费时间对它们进行分析和仿真。

发明内容

本发明的目的在于提供能够准确地评估硬件性能并具有较快的仿真速度的仿真方法和仿真设备。

本发明利用局部性原理和推测采样，在仿真过程中动态地切换功能仿真模式和周期精确仿真模式，从而实现了较快的仿真速度，并且具有与完全以周期精确仿真模式进行仿真相比可接受的准确度。