JPH1031595A

JPH1031595A - シミュレーション装置及びシミュレーション方法

Info

Publication number: JPH1031595A
Application number: JP18493096A
Authority: JP
Inventors: Teruyuki Murata; 輝幸村田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-07-15
Filing date: 1996-07-15
Publication date: 1998-02-03
Anticipated expiration: 2016-07-15
Also published as: JP2817786B2; US6086624A; EP0821306A2

Abstract

(57)【要約】【課題】ホストＣＰＵのネイティブコードを用いるシ
ミュレーション装置において、ターゲット計算機上で実
行に要するクロック数を算出するとともにクロックに同
期して動作する周辺回路からの割り込みをシミュレート
する。【解決手段】ターゲットプログラム１００を定型処理
群１０００と非定型処理１００１に分割し、非定型処理
はシミュレーション手段１４により命令単位にシミュレ
ーション実行する。アドレス比較手段１６１により、エ
ントリアドレス表１６０を参照してシミュレーション実
行が定型処理のアドレスに到達したことを検出すると、
定型処理をネイティブコード版定型処理群１２０により
実行する。この際、クロック数伝達手段群１２１により
定型処理の実行クロック数をクロック数計数手段１５に
伝え、クロック数の計数を行う。クロックに同期して周
辺シミュレーション手段１３を動作させ、周辺回路から
の割り込みをシミュレートする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシミュレーション装
置及びシミュレーション方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、シミュレーション装置（以下
シミュレータという）では、シミュレーションの対象と
なる計算機（ターゲット計算機）上で動作するターゲッ
トプログラムの命令列をデータとして持ち、これらデー
タをシミュレータが動作する計算機（ホスト計算機）で
一命令ずつ解釈・実行することによってターゲット計算
機の動作をシミュレートしている。つまり、ターゲット
計算機とホスト計算機とでは中央処理装置（ＣＰＵ）及
び記憶装置（メモリ）を含む実行環境が異なるため、シ
ミュレータは、ホスト計算機上にターゲット計算機の実
行環境を模した記憶領域（ターゲットメモリ）とＣＰＵ
レジスタの領域（ターゲットレジスタ）を確保した上
で、ターゲットＣＰＵの命令をソフトウェアで解釈し、
これら命令に相当する操作をターゲットメモリに行なう
ことによって、ターゲット計算機の動作を擬似的に実現
している。

【０００３】加えて、シミュレータとして各命令をター
ゲット計算機上で実行する際に要するクロック数の表を
持ち、一命令ごとにこの値を積算することによって、総
実行クロック数を概算する機能を有するものも知られて
いる。このようなシミュレータでは、得られたクロック
数に同期して動作する周辺回路シミュレータを付加する
ことによって、タイマ又は外部通信装置等からの実行ク
ロック数に同期した割り込みをシミュレートすることも
できる。

【０００４】ところが、上述のシミュレーション方法で
は、ソフトウェアによる命令の解釈に時間がかかるた
め、実行速度が本来のターゲット計算機の動作に比べて
非常に遅いため、このような不具合を解決するためのシ
ミュレーション方法、つまり、高速なシミュレーション
を可能にするシミュレーション方法が提案されている。

【０００５】例えば、特開平６−２５０８７４号公報に
は高速シミュレータの一例が示されている。図６に、こ
のシミュレータの構成を示す。

【０００６】シミュレータはターゲット計算機のメモリ
をホスト計算機上で模したターゲットメモリ部１０と、
ターゲットＣＰＵのレジスタを模したターゲットレジス
タ部１１を備えている。ターゲットメモリ部１０にはタ
ーゲットプログラム６０が読み込まれており、ターゲッ
トプログラム６０は、命令コード６００−１〜６００−
ｎからなる命令コード列６００で構成されている。一
方、ホストＣＰＵの命令（ネイティブコード）で構成さ
れるネイティブコード部６１があり、ネイティブコード
部６１はシミュレーション関数群６１０とシミュレーシ
ョン関数呼び出し列６１１を含んでいる。シミュレーシ
ョン関数群６１０は、ターゲットＣＰＵのすべての命令
について、これをネイティブコードでシミュレートする
シミュレーション関数６１０−１〜６１０−ｍで構成さ
れる。これらシミュレーション関数は、ターゲットメモ
リ部１０及びターゲットレジスタ部１１に対して、ター
ゲットＣＰＵの命令をシミュレーションしたときに行な
うのと同一の操作をネイティブコードで行なう関数であ
る。

【０００７】シミュレーション関数呼び出し列６１１
は、ターゲットプログラム６０の各命令コード６００−
１〜６００−ｎを変換手段６２によって対応するシミュ
レーション関数の呼び出しに変換した呼び出し手段６１
１−１〜６１１−ｎで構成される。そして、実行手段６
３がネイティブコード部６１の実行を制御する。

【０００８】変換手段６２はシミュレーションの実行以
前に呼び出され、ターゲットプログラム６０の命令コー
ド列６００に含まれる各命令コード６００−１〜６００
−ｎをそれぞれ対応するシミュレーション関数呼び出し
手段６１１−１〜６１１−ｎに変換する。

【０００９】シミュレーションの実行は、シミュレーシ
ョン関数呼び出し列６１１を実行手段６３から実行させ
ることで行なう。つまり、ターゲットプログラム６０の
命令コード列６００と同じ順序で対応するシミュレーシ
ョン関数６１０−１〜６１０−ｍのいずれかを呼び出す
ことによって、ターゲット計算機の動作をシミュレート
する。事前にターゲットプログラムの各命令を解釈し
て、対応したシミュレーション関数の呼び出し手段に変
換しておくことによって、実行時にソフトウェアによる
命令解釈を行なう必要がなくなり、シミュレーションを
高速化することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のシミ
ュレータの場合、ターゲットＣＰＵとホストＣＰＵとが
異なるため、ホストＣＰＵの命令に変換したプログラム
の実行クロック数からターゲットＣＰＵでの実行クロッ
ク数を求めることができない。つまり、ターゲットプロ
グラムをターゲットＣＰＵを含むターゲット計算機上で
実際に動作させたときに要する実行クロック数に関する
情報が得られないという問題点がある。

【００１１】さらに、従来のシミュレータでは、実行ク
ロック数に関する情報が得られない結果、タイマ等のＣ
ＰＵクロックと同期した周辺回路からの割り込みをシミ
ュレートできないという問題点がある。

【００１２】上述のような問題点は、特に、機器組み込
み型のＣＰＵをターゲットとする場合、ＣＰＵ組み込み
用途プログラムでは周辺回路からの割り込みで処理の流
れを変えることが頻繁に行なわれる結果、影響が顕著で
ある。

【００１３】本発明の目的は、高速でしかもターゲット
プログラムを実行させたときに要するクロック数につい
ての情報を得ることができるシミュレータを提供するこ
とにある。

【００１４】本発明の他の目的は周辺回路からの割り込
みをシミュレートできるシミュレータを提供することに
ある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によるシミュレー
タは、ターゲットプログラムをＯＳのシステムコール又
はコンパイラのランタイムライブラリ等のように複数の
プログラムで共通して利用され変更されることのない定
型的な処理と、各プログラムに固有の非定型処理とに分
け、前者の定型処理は予め用意しておいたホストＣＰＵ
の命令列（ネイティブコード）で実行し、後者の非定型
処理はシミュレーションにより一命令ずつ解釈・実行す
る。さらに、定型処理に要するクロック数を求め、その
値をクロック数計数手段に伝達して、ネイティブコード
で実行した定型処理についても、実行クロック数を概算
する。

【００１６】より具体的には、このシミュレータは、タ
ーゲットプログラムの非定型処理を一命令ずつ解釈・実
行するシミュレーション手段、定型処理群と同じ動作を
するネイティブコード版定型処理群、定型処理に要する
クロック数をシミュレータに伝えるクロック数伝達手段
群、ターゲットプログラムでの各定型処理のエントリア
ドレスとネイティブコードの各定型処理のエントリアド
レスの組を登録したエントリアドレス表、及びエントリ
アドレス表の定型処理エントリとシミュレータが次に実
行する命令のアドレスを比較するアドレス比較手段を有
している。

【００１７】さらに、本発明によるシミュレータは、上
述のシミュレーション手段、ネイティブコード版定型処
理群、クロック数伝達手段群を有し、さらに、定型処理
群の各定型処理のエントリアドレスの命令を未定義命令
又はトラップ命令等実行すると例外（エラーによる割り
込み）を引き起こすす命令に書き換え続く数バイト（バ
イト数はホストＣＰＵに依存する）をネイティブ版定型
処理のエントリに書き換える定型処理書き換え手段と、
書き換えられた未定義命令を検出して対応したネイティ
ブ版定型処理を呼び出す未定義命令検出手段とを有して
いる。

【００１８】本発明では、ターゲットプログラムの定型
処理をネイティブコードで直接実行している。このた
め、定型処理に関してはプログラム中の命令をソフトウ
ェアで逐次解釈・実行する必要がなくなり、その分、高
速に実行できる。

【００１９】また、本発明では、定型処理をネイティブ
コードで実行した後、これをターゲット計算機上で実行
した場合に要するクロック数をシミュレーション手段に
伝達している。このため、シミュレータ部が保持してい
る実行クロック数を矛盾なく更新でき、利用者が実行ク
ロック数の情報を得ることができる。

【００２０】さらに、実行クロック数の情報が得られれ
ば、これに同期した周辺回路からの割り込みのシミュレ
ーションを行なうことができるため、周辺回路を利用し
たプログラムをシミュレータで実行できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図１に本発明にるシミュレータの第１の
例を示す。一般的に、あるターゲットプログラムは、オ
ペレーティングシステム（ＯＳ）のシステムコール又は
コンパイラのランタムライブラリなどのように複数のプ
ログラムから共通に呼び出される定型処理と、各ターゲ
ットプログラムに固有のいわば非定型処理からなる。そ
こで、ターゲットプログラム１００を定型処理群１００
０と非定型処理１００１に分ける。定型処理群に含まれ
る複数の定型処理をそれぞれ定型処理１０００−１〜定
型処理１０００−ｎとする。

【００２２】ターゲット計算機の実行環境として、ター
ゲットメモリ部１０とターゲットレジスタ部１１がホス
ト計算機上に確保されており、ターゲットメモリ部１０
にはターゲットプログラムが読み込まれている。また、
プログラムが利用するデータ部１０１もターゲットメモ
リ部１０内にある。

【００２３】シミュレーション実行を制御するシミュレ
ーション手段１４と、実行クロック数を計数するクロッ
ク数計数手段１５、ＣＰＵ外の周辺回路をシミュレート
する周辺シミュレーション手段１３とがあり、周辺シミ
ュレーション手段１３には、設定した時間間隔で割り込
みを発生するタイマ部１３−１などが含まれる。

【００２４】ネイティブコード部１２には、ターゲット
プログラム１００の定型処理群１０００に含まれる各定
型処理１０００−１〜１０００−ｎと同一の動作をネイ
ティブコードで行なうネイティブ版定型処理１２０−１
〜１２０−ｎで構成されたネイティブコード版定型処理
群１２０と、各定型処理を実行するのに要するクロック
数を概算してクロック数計数手段１５に伝えるクロック
数伝達手段１２１−１〜１２１−ｎで構成されたクロッ
ク数伝達手段群１２１が含まれる。ネイティブ版定型処
理１２０−１〜１２０−ｎのそれぞれとクロック数伝達
手段１２１−１〜１２１−ｎのそれぞれとは互いに対応
している。

【００２５】さらに、定型処理呼び出し手段１６とし
て、ターゲットプログラム１００上での定型処理の開始
（エントリ）アドレスとこれに対応したネイティブ版定
型処理のホスト計算機上でのエントリの組１６０−１〜
１６０−ｎを保持するエントリアドレス表１６０と、こ
のエントリアドレス表に登録されたアドレスとシミュレ
ーション手段１４が次に実行するアドレスとを比較して
定型処理の開始を検出するアドレス比較手段１６１があ
る。

【００２６】なお、ターゲットプログラム中の定型処理
をホスト計算機のネイティブコードで実現する方法はど
のようなものであってもよい。例えば、同一の動作を行
なうターゲット用とホスト用の二つの定型処理プログラ
ムを開発する方法、ターゲットプログラムから定型処理
の箇所を読み込んで同一動作のネイティブコードを出力
する変換手段を用いる方法、高級言語による同一の原始
プログラム（ソースプログラム）から異なるコンパイラ
を用いてターゲット用の定型処理とホスト用の定型処理
を出力する方法等が考えられる。

【００２７】また、定型処理に要する実行クロック数を
求める方法もどのようなものであってもよい。例えば、
該定型処理のアセンブリ言語ソースプログラムに基づい
て予めクロック数を計数しておく方法、ターゲット計算
機上で該定型処理を実行させて実測しておく方法等であ
る。上記の二点、つまり、定型処理のネイティブコード
での実現と実行クロック数の算出については、ある定型
処理について一度だけ行えば良い。

【００２８】次に、図１に示すシミュレータの動作につ
いて説明する。図２も参照して、シミュレータの実行を
開始すると、処理２０において、アドレス比較手段１６
１によって、シミュレーション手段１４が次に実行する
命令のアドレスとエントリアドレス表１６０の定型処理
エントリ１６０−１〜１６０−ｎとを比較する。処理２
１において、一致した場合には、定型処理の開始を意味
するので、この定型処理をネイティブコードで行なうた
めに処理２１０に分岐し、一致しなかった場合には、非
定型処理のシミュレーションを行なうために処理２２に
分岐する。

【００２９】まず、非定型処理のシミュレーションにつ
いて説明する。処理２２で、実行すべき命令をターゲッ
トメモリ部１０から読み込み（フェッチ）、処理２３で
ターゲットＣＰＵのどの命令かを解読し（デコード）、
処理２４で実行する。

【００３０】処理２５でクロック数計数手段１５におい
て、実行した命令に要するクロック数を加算し、処理２
６で同じクロック数を周辺シミュレーション手段１３に
伝達する。周辺シミュレーション手段１３で周辺シミュ
レーション２７が実行されるが、処理の内容はターゲッ
トシステムによって異なり、それに合わせて周辺シミュ
レーション手段１３が構成される。ここでは周辺回路と
してタイマを例に取ると、処理２８でタイマ部１３−１
の値を更新し、処理２９でタイマ部１３−１にあらかじ
め設定された時間が経過したかどうかを調べ、経過して
いれば処理２９０のタイマ割り込み発生処理を行なう。

【００３１】以上が一命令分の実行フローであり、複数
の非定型処理の命令を実行するには、この処理を繰り返
す。

【００３２】続いて、定型処理のシミュレーションにつ
いて説明する。処理２１０で、エントリアドレス表１６
０から処理２１で一致した定型処理に対応するネイティ
ブエントリを読み出し、ネイティブ版定型処理１２０−
１〜１２０−ｎの一つを選択した後、定型処理に分岐す
る。この定型処理では、処理２１２でターゲットプログ
ラムの定型処理と同じ操作をネイティブコードで実行
し、対応するクロック数伝達手段１２１の一つにより、
処理２１３で該定型処理の実行クロック数をクロック数
計数手段１５に伝達する。

【００３３】その後、処理２５に復帰し、そこからは先
ほど説明した非定型処理のシミュレーションと同じ手順
で周辺シミュレーションを行なう。つまり、定型処理の
多数の命令をあたかも一つの命令のように、かつネイテ
ィブコードで実行したことになる。

【００３４】次に、図３を参照して、本発明によるシミ
ュレータの第２の例について説明する。図示のターゲッ
トメモリ部１０とターゲットレジスタ部１１、ネイティ
ブコード部１２、周辺シミュレーション手段１３、シミ
ュレーション手段１４、及びクロック数計数手段１５に
ついては、図１に示したものと同一であるので、説明を
省略する。

【００３５】定型処理呼び出し手段３０は、図１に示し
たものと異なっている。定型処理書き換え手段３００
は、定型処理群１０００に含まれるすべての定型処理１
０００−１〜１０００−ｎエントリアドレスにある命令
を未定義命令又はトラップ命令等の通常はプログラム中
で使用せず、ターゲットＣＰＵで実行すると例外（エラ
ーによる割り込み）を引き起こす命令（ここでは、未定
義命令を用いるものとして説明する）に書き換え、これ
に続く数バイト（バイト数はホストＣＰＵに依存する）
をネイティブ版定型処理１２０−１〜１２０−ｎのエン
トリアドレスに書き換えるものである。また、未定義命
令検出手段３０１は、書き換えられた未定義命令を検出
し、対応するネイティブ版定型処理を呼び出すものであ
る。

【００３６】ここで、図４も参照して、図３に示すシミ
ュレータの動作について説明する。まず、図４に定型処
理書き換え手段による書き換えの例を示す。書き換え前
定型処理４０は、命令１から命令ｍの命令列で構成され
ているものとする。定型処理書き換え手段３００は、定
型処理の先頭をターゲットＣＰＵの未定義命令に書き換
え、続く数バイトをネイティブ版定型処理のエントリに
書き換える（図４では１命令分がネイティブ版定型処理
エントリに書き換えられている）。その結果、書き換え
後定型処理４１が生成される。この書き換えにより、定
型処理エントリアドレスの命令を実行しようとすると例
外が発生するので、これを検出することで定型処理の開
始を知ることができる。

【００３７】続けて、対応したネイティブ版定型処理の
エントリアドレスが格納されているので、呼び出しアド
レスとしてこの値を利用する。これによって、図１にお
いて必要であったエントリアドレス表１６０が不要とな
る。

【００３８】この書き換えはシミュレーションの実行前
に行なうので、全体の実行時間に及ぼす影響はほとんど
ない。ただし、図２に関して説明した方法を適用するた
めには、書き換えるバイト数よりも定型処理の方が長い
ことと、書き換えるアドレスに定型処理外から分岐して
くることがない（定型処理エントリアドレスは除く）と
いう条件を満たさなければならない。

【００３９】続いて、シミュレーションの動作を説明す
る。図５を参照して、処理２２で命令フェッチ、処理２
３で命令デコードを行ない、処理５０でデコードした命
令が未定義命令であるかどうかを判別する。未定義命令
でなければ処理２４で非定型処理の命令実行を行なう。
処理２４以降は、図２に示す例と同様であるので、ここ
では説明を省略する。

【００４０】処理５０で未定義命令検出手段３０１が未
定義命令を検出すると処理５１に分岐し、書き換えたア
ドレスかどうかを判別する。予め書き換えておいたアド
レスでなかった場合には、本当にそのアドレスに未定義
命令が存在することを意味するので、処理５２で未定義
命令例外を発生する。未定義命令例外の取り扱いについ
ては本発明とは関係しないので、ここでは、説明を省略
する。

【００４１】一方、処理５１で予め書き換えたアドレス
であると判別されると、処理２１０で未定義命令の次の
アドレス以降に書き込んだネイティブ版定型処理のエン
トリを読み出す。続いて、読み出したエントリアドレス
にあるネイティブコード版定型処理２１１に分岐する。
ネイティブコード版定型処理と、その後の周辺シミュレ
ーションの動作は、図２に関連して説明した動作と同様
である。

【００４２】図３に示すシミュレータでは、図１に示す
シミュレータと同一の効果が得られる上、さらに処理を
高速化するものである。つまり、図１に示すシミュレー
タでは通常シミュレーションを実行中に、１命令ごとに
アドレス比較手段１６１によって、実行しようとするア
ドレスがエントリアドレス表１６０の定型処理エントリ
と一致するかどうかを比較するという処理を行なう必要
があったが、図３に示すシミュレータでは、未定義命令
検出手段３０１によって未定義命令が検出されると、そ
の次のアドレスからネイティブ版定型処理エントリを読
み出すことができるため、アドレス比較を一切行なう必
要がない。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、非定
型処理は一命令ずつソフトウェアによるシミュレーショ
ンを行なう一方で、定型処理は高速なネイティブコード
で実行するようにしたから、非定型処理のシミュレーシ
ョンデバッグ機能を損なわずにシミュレーション速度を
高速化できるという効果がある。

【００４４】さらに、本発明では、予め定型処理に要す
るクロック数を求めておき、その値をネイティブコード
部のクロック数伝達手段によってクロック数計数手段に
伝えるようにしたから、高速なシミュレーションを可能
にしながら、実行クロック数の情報を得られるという効
果がある。

【００４５】また、本発明では、実行クロック数が得ら
れるので、実行クロック数と同期して周辺回路シミュレ
ータを動作させることによって周辺回路での割り込みを
発生できる。従って、高速なシミュレーションを可能に
しながら、クロックに同期して動作する周辺回路からの
割り込みを用いたプログラムを正しくシミュレートでき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるシミュレーション装置の一例の構
成を示す図である。

【図２】図１に示すシミュレーション装置の動作を説明
するためのフロー図である。

【図３】本発明によるシミュレーション装置の他の例の
構成を示す図である。

【図４】図３に示すシミュレーション装置において定型
処理書き換え手段による定型処理の書き換えの内容を説
明するための図である。

【図５】図３に示すシミュレーション装置の動作を説明
するためのフロー図である。

【図６】従来のシミュレーション装置の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０ターゲットメモリ部１００，６０ターゲットプログラム１０００定型処理群１００１非定型処理１１ターゲットレジスタ部１２，６１ネイティブコード部１２０ネイティブコード版定型処理群１２１クロック数伝達手段群１３周辺シミュレーション手段１４シミュレーション手段１５クロック数計数手段１６，３０定型処理呼び出し手段１６０エントリアドレス表１６１アドレス比較手段３００定型処理書き換え手段３０１未定義命令検出手段６００命令コード列６２変換手段６１０シミュレーション関数群６１１シミュレーション関数呼び出し列６３実行手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲット計算機上で動作するように作
られたターゲットプログラムを該ターゲット計算機と異
なるホスト中央処理装置で構成されるホスト計算機上で
実行する際、前記ターゲットプログラムのうち変更する
ことのない複数の定型処理を前記ホスト中央処理装置の
命令としてネイティブコードで実行するネイティブコー
ド版定型処理手段群と、前記定型処理以外の命令を非定
型処理として逐次解釈・実行するシミュレーション手段
と、前記非定型処理の逐次シミュレーション中に前記定
型処理の実行に移ったことを検出してネイティブコード
版定型処理を呼び出す定型処理呼び出し手段とを有し、
前記定型処理を前記ネイティブコードで実行することを
特徴とするシミュレーション装置。
【請求項２】請求項１に記載されたシミュレーション
装置において、シミュレーションの際前記ターゲットプ
ログラムの実行に要するクロック数を計数するクロック
数計数手段と、前記ターゲット計算機上でその中央処理
装置以外にクロックに同期して動作する周辺回路をシミ
ュレートする周辺シミュレーション手段と、各定型処理
ついて該定型処理の実行クロック数をクロック数計数手
段に伝えるクロック数伝達手段とを有し、ネイティブコ
ード版定型処理の実行後にクロック数計数手段の実行ク
ロック数を更新するとともに該実行クロック数に同期し
て周辺シミュレーション手段を動作させ実行クロック数
に依存する周辺回路からの割り込みをシミュレートする
ようにしたことを特徴とするシミュレーション装置。
【請求項３】ターゲット計算機上で動作するように作
られたターゲットプログラムを該ターゲット計算機と異
なるホスト中央処理装置で構成されるホスト計算機上で
シミュレーションする際、前記ターゲットプログラムの
うち変更することのない複数の定型処理を前記ホスト中
央処理装置の命令としてネイティブコードで実行する第
１のステップと、前記定型処理以外の命令を非定型処理
として逐次解釈・実行する第２のステップと、前記非定
型処理の逐次シミュレーション中に前記定型処理の実行
に移ったことを検出してネイティブコード版定型処理を
呼び出す第３のステップとを有し、前記定型処理を前記
ネイティブコードで実行することを特徴とするシミュレ
ーション方法。