ARM模拟器的设计与实现

ＤＯＩ：１０．７４９５／ｊ．

ｉｓｓｎ．１００９-３４８６．２０１６．０２．００３ＡＲＭ模拟器的设计与实现

收稿日期：２０１５-０９-０２；修回日期：２０１５-１２-０１。

基金项目：国家８６３计划资助项目（２０１５ＡＡ０１７２０４）；公安部应用创新计划资助项目（２０１３ＹＹＣＸＨＢＳＴ０３０）。作者简介：危 蓉（１９７９－）

，女，讲师，硕士，主要研究方向为计算机信息技术。通信作者：危 蓉，ｏｘｆｏｒｄｗｒ＠１２６．ｃｏｍ。危 蓉，徐 伟，麦永浩

（湖北警官学院信息技术系，武汉４３００３４）

摘 要：为了消除嵌入式系统的环境配置障碍，提高嵌入式系统的开发效率，首先分析了一个ＡＲＭ平台的模

拟器的设计与实现，

包括核心的处理器模拟和纷繁复杂的外设模拟；然后，结合Ｓ３Ｃ２４４０开发板，分别对ＡＲＭ寄存器、ＡＲＭ指令集、ＡＲＭ流水线进行了模拟；

对包含中断、串口、网卡、时钟在内的主要外设进行了模拟；最后，在ＡＲＭ模拟器上运行嵌入式Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序（Ｕｂｏｏｔ）

，完成了功能测试盒的性能分析，验证了模拟器设计的正确性和方法的可用性。

关键词：ＡＲＭ处理器；模拟器；指令译码

中图分类号：ＴＰ３１６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９－３４８６（２０１６）０２－０００９－０６

ＤｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａｓｉｍｕｌａｔｏｒｏｆＡＲＭ

ＷＥＩＲｏｎｇ，ＸＵＷｅｉ，ＭＡＩＹｏｎｇ-ｈａｏ

（Ｄｅｐｔ．ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｕｂｅｉＵｎｉｖ．ｏｆＰｏｌｉｃｅ，Ｗｕｈａｎ４３００３４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｂａｒｒｉｅｒｓｏｆｔｈｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｔｏｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｏｆｅｍｂｅｄｄｅｄｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｓｅｃｕｒｉｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｍ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍ-ｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａｓｉｍｕｌａｔｏｒｏｎａｎＡＲＭｐｌａｔｆｏｒｍａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ

ａｎｄｔｈｅｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｓ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍｏｆＳ３Ｃ２４４０，ｔｈｅｒｅｇｉｓｔｅｒ，ｔｈｅｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｅｔａｎｄｔｈｅｐｉｐｅ

-ｌｉｎｅｏｆｔｈｅＡＲＭｐｒｏｃｅｓｓｏｒａｒｅｆｉｒｓｔｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｎｓｕｃｈｍａｉｎｐｅｒｉｐｈｅｒａｌｓｓｕｃｈａｓｔｈｅｉｎｔｅｒｒｕｐｔｃｏｎ-ｔｒｏｌｌｅｒ，ｔｈｅｓｅｒｉａｌｐｏｒｔ，ｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｉｎｔｅｒｆａｃｅｃａｒｄ，ａｎｄｔｈｅｃｌｏｃｋｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｉｎｔｈｅｓｉｍ-ｕｌａｔｏｒ，ｔｈｅｂｏｏｔｌｏａｄｅｒｉｓｌｏａｄｅｄａｎｄｅｘｅｃｕｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｖｅｒｉｆｉｅｓｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓａｎｄｔｈｅａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｏｒ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＲＭＣＰＵ；ｓｉｍｕｌａｔｏｒ；ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄｅｃｏｄｉｎｇ

嵌入式系统采用传统的交叉编译开发模式：

首先在开发机上交叉编译目标嵌入式程序，然后

将编译好的程序下载／烧写到目标机（嵌入式设

备）上，进而验证并调试目标嵌入式程序［１］。然而，这种经典的开发模式既需要配置好必要的编译环境，又需要开发者配备嵌入式开发板及与开发机连线所必要的硬件连线（串口线、网线等）。因此，在嵌入式教学／学习实践过程中，硬件配置

成为广大嵌入式开发者／学生深入领会嵌入式系统底层知识的一个重大障碍。利用基于嵌入式模拟器，开发人员则无需将应用程序下载到开发板上，直接在模拟器中运行即可掌握应用程序的运

行结果，并可以进行源码级的系统软件开发、方便

修改与调试，提高了开发效率。而在现阶段，在嵌

入式处理器领域，基于ＡＲＭ指令系列的处理器

所占比例相当大。虽然ＡＲＭ模拟器并不能完全 第２８卷 第２期 ２０１６年４月 海军工程大学学报 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＶＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

Ｖｏｌ．２８ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１６