SKYEYE指令动态翻译模拟(DBCT)实现介绍 v0.0

teawater

SKYEYE指令动态翻译模拟(DBCT)实现介绍 v0.0
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v0.0
        2006-06-16，v0.0版本编写完成。
        2006-05-27，文档创建。





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1.写在前面
2.概述
3.微指令
3.1.微指令的结构和初始化
3.2.微指令中的变量
3.3.微指令中的函数调用
3.4.微指令中的异常处理
3.5.微指令中的跳转
3.6.微指令分类介绍
3.6.1.概述
3.6.2.arm2x86.cp_init
3.6.3.arm2x86_test.c:arm2x86_test_init
3.6.4.arm2x86_shift.c:arm2x86_shift_init
3.6.5.arm2x86_psr.c:arm2x86_psr_init
3.6.6.arm2x86_movl.c:arm2x86_movl_init
3.6.7.arm2x86_mul.c:arm2x86_mul_init
3.6.8.arm2x86_mem.c:arm2x86_mem_init
3.6.9.arm2x86_dp.c:arm2x86_dp_init
3.6.10.arm2x86_coproc.c:arm2x86_coproc_init
3.6.11.arm2x86_other.c:arm2x86_other_init
4.翻译块(TB)
4.1.概述
4.2.tb.h:struct tb_s
4.3.TB_TBT_SIZE和TB_TBP_SIZE
4.4.tb.c:tb_memory_init
4.5.tb.c:tb_insn_len_max_init
5.初始化函数arm2x86.c:arm2x86_init
6.翻译执行过程
6.1.armemu.c:ARMul_Emulate32_dbct
6.2.tb.c:tb_find
6.3.tb.c:tb_get_tbp
6.4.tb.c:tb_translate
6.5.tb.c:translate_word

       


       
1.写在前面
本文针对skyeye-1.2-RC7-3进行编写。
关于skyeye本身结构的介绍可以参见skyeye学习笔记(http://www.linuxforum.net/forum/gshowthreaded.php?Cat=&Board=program&Number=522443&page=1&view=collapsed&sb=5&o=all&fpart=)。
在下面为了方便介绍，都将SKYEYE指令动态翻译模拟简称为DBCT。
DBCT的实现并不算是很好的，个人推荐对动态翻译有兴趣的朋友们读一下QEMU的代码。





2.概述
DBCT是在指令模拟思想上参照了QEMU(http://fabrice.bellard.free.fr/qemu/)，但在实现上也有不同，后面进行每个部分介绍的时候，我会依次介绍到。
DBCT就是将若干条连续的被模拟指令组成一组(称为一个翻译块TB)，将每条指令根据其行为直接翻译成若干条微指令(这里跟QEMU不同，QEMU在翻译过程中有中间码存在)，每条微指令代表一种操作行为并由若干条本地指令组成，最后就得到一组跟TB对应的本地指令，再在结尾增加返回指令，对这组指令开始的地址进行函数调用，就达到了指令模拟的目的。
其他我所了解指令模拟方式还有最常见的直接读入一条指令，然后对指令进行解码分析，根据需要进行其操作，然后再读入下一条指令，重复刚才的工作，SKYEYE普通指令模拟方式就是这种类型。
还有一种模拟方式是将要模拟的硬件行为翻译成某种语言比如C语言的函数等，然后编译执行来进行指令模拟。





3.微指令
3.1.微指令的结构和初始化
在arm2x86_init函数中在tb_insn_len_max_init函数之前的被调用的函数都是微指令初始化函数。
在DBCT代码中，每条微指令都被封装在定义在arm2x86.h的op_table_t结构中，这个结构中的op是指向这个微指令的地址，而len则是这个微指令的长度。每条微指令的的初始化都是由一个名称为get_op_xxx形式的函数来完成的，这个函数会将微指令的地址返回，用来设置在op中，而其的参数指针是用来设置len的，这些函数都会在微指令初始化函数中被调用。
在这个函数中有2个定义在arm2x86.h中的宏OP_BEGIN和OP_END，这2个宏都是X86指令。在这2个宏之间的代码就是微指令的代码。
#define OP_BEGIN(f)                __asm__ __volatile__ ("jmp ."f"_teawater_op_end\n\t""."f"_teawater_op_begin:\n\t")
#define OP_END(f)                __asm__ __volatile__ ("."f"_teawater_op_end:\n\t""movl $."f"_teawater_op_begin,%0\n\t""movl $."f"_teawater_op_end,%1\n\t":"=g"(begin), "=g"(end));
OP_BEGIN先是一条跳转指令，跳转到声明在OP_END中的符号地址"."f"_teawater_op_end，这句的作用是跳过OP_BEGIN和OP_END中间的代码，防止他们被执行，我为什么没有直接使用普通的跳转语句goto呢？因为如果使用了goto语句，编译器就会知道微指令的代码没被执行，就会将这部分代码优化掉，而使用跳转指令编译器无法判断汇编语句的行为，所以不会优化掉2个宏之间的微指令代码。然后是一条声明符号的伪指令，这个符号指向的地址就是微指令开始的地址。
OP_END先是一条声明符号的伪指令，这个符号的地址就是指向微指令结束的地址，OP_BEGIN中的跳转指令也是跳到了这个地址。然后跟着是两条赋值指令，将微指令开始和结束的地址存到初始化函数开始声明的begin和end变量中，这样在函数中就取得微指令的开始和结束地址。
从上面对2个宏的的介绍就可以基本清楚微指令的生成过程，在取得了微指令的开始和接受地址后，就可以通过计算取得其的长度最后返回。
在QEMU的微指令的生成过程跟DBCT不同，QEMU采用的方式是每个微指令都在一个函数中，编译完成后，通过特定的程序将微指令的开始地址和长度取出。



3.2.微指令中的变量
在微指令的代码中，都没有使用动态局部变量，也就是栈中的地址，而直接使用了寄存器，当然在寄存器不够的情况下也使用了全局变量。这个使用的方法是参考的QEMU中微指令对变量的使用方法。
个人认为这样作因为若干条微指令才能组成一条指令(尤其是在ARM这种单条指令实现若干功能的体系结构更是如此)，这些微指令之间要相互传递计算等得到的值，如果通过栈传递也可以，但是实现相对复杂，而且频繁的内存操作速度也回受到影响。
对这些寄存器的声明在arm2x86_self.h这个单独的头文件中，因为对寄存器的声明有时候会影响代码编译，所以只在DBCT相关的文件中包含了这个头文件。
ebp寄存器声明为ARMul_State结构的指针st，其将在微指令的代码开始之前指向state也就是存储了SKYEYE模拟CPU所有信息的结构，这样微指令就可以方便的访问这个结构。ebx、esi和edi声明为uint32_t类型的变量T0,T1和T2，这几个变量在微指令中可以灵活使用。注意因为这几个寄存器保存了栈指针等信息，所以在运行微指令以前需要进行保存，具体在介绍DBCT运行的时候会进行介绍。
其他eax等寄存器因为是在GCC中是局部寄存器，不能作为全局变量声明，所以不能作为微指令中的变量使用。



3.3.微指令中的函数调用
在微指令中有时候需要对函数进行调用，因为微指令使用方法的原因，这里不能进行普通的函数调用，而需要特殊处理。
下面就以arm2x86.c:get_op_begin中对tea_begin函数的调用为例子进行介绍。
这里首先是对esp减0xc也就是在栈中分配0xc的空间，然后将ebp也就是指向ARMul_State结构的指针push到栈中，这2条汇编指令是将st作为参数传递给被调用函数tea_begin，前面在栈中分配0xc的空间是要保证传递参数的0x10对齐，0xc加32位的长度就是0x10。
没有存储使用的ebp、ebx、esi和edi，因为这几个全局寄存器的值是由被调用函数进行保存的，如果调用函数修改了这几个寄存器的值就进行保存，在函数返回时恢复，如果没有就使用就不进行保存和恢复。
然后是将tea_begin的地址赋值给T2，然后再对其进行调用，这样做的目的是进行直接地址调用。因为一般的函数调用都是直接地址调用，所以调用跟当前这个调用指令的地址是相关的，但是微指令会被拷贝到TB上的某地址执行，调用指令的地址发生了变化，所以如果进行相对地址调用，肯定要产生错误，所以这里都使用直接地址调用。在某些函数中为了适应CYGWIN使用函数指针进行调用也是出于同样的目的。
最后是取得返回值，一般一个32位数的返回值都是放在寄存器eax中，如果有需要就将其存入T0等寄存器变量然后使用。



3.4.微指令中的异常处理
模拟指令一般来说都模拟异常处理，DBCT也不例外。
DBCT的做法是当有异常处理的时候，设置st->trap或者state->trap为异常的类型(定义在arm2x86.h，TRAP_XXX的都是)，然后根据情况调用X86汇编指令ret返回到正常模式，然后在非DBCT运行模式中进行实际的处理。
因为这种处理减少了微指令中实现的难度，所以类似TRAP_SETS_R15、TRAP_SET_CPSR以及TRAP_SET_R15等几个非异常处理也采用了同一种处理方式。



3.5.微指令中的跳转
这里的跳转不是指模拟的被模拟指令的跳转，而是指微指令根据需要跳转指定的长度。比如某条被模拟指令有condition判断，其中就会需要这种跳转，当condition和PSR中的值不符合的时候，就需要跳过当前指令被翻译成的微指令代码，这个时候就需要跳转过指令的长度。
在DBCT中的做法是先写一条类似__asm__ __volatile__ ("jmp        0xffffffff");的指令，一般来说后4个字节就是跳转长度，在翻译指令的时候将要跳转的长度写入就可以。
在后面介绍指令翻译过程的时候，还会对微指令跳转的使用再作详细介绍。



3.6.微指令分类介绍
3.6.1.概述
因为规划设计的问题，微指令的分类有点乱，所以就以初始化函数为分类基础进行分类介绍。

3.6.2.arm2x86.cp_init
这里初始化的最重要的2个微指令是op_begin和op_begin_test_T0，这2个指令都是在翻译ARM指令的时候放在每条指令最开始的部分的。
op_begin是被翻译的ARM指令的condition是AL或者NV也就是不进行条件判断时候使用的微指令。这里先调用了函数arm2x86.c:tea_begin，而这个函数调用了arm2x86.c:tea_check_out，这个函数类似普通指令执行模式中指令开始执行时候作的操作一样，检查是否需要单步返回，检查是否有硬件中断发生进行异常处理，检查当前TB是否已经标记为脏(如果当前TB中执行的微指令写了当前TB相关的内存，就会有这样的情况发生，这时返回到普通模式重新执行，就会自动对这个TB进行重新翻译)，最后一步执行armio.c:io_do_cycle调用全部虚拟设备执行。tea_begin函数返回以后会判断返回值，如果为真就返回。
op_begin_test_T0是被翻译的ARM指令需要条件判断时候使用的微指令。在这条指令运行以前，被翻译指令的condition已经被存到T0中，这里首先以st和T0为参数调用arm2x86.c:tea_begin_test，这个函数也是调用tea_check_out检查是否有异常等需要从DBCT模式返回普通执行模式，如果没有则调用arm2x86_psr.h:gen_op_condition判断当前被翻译指令是否可以执行。tea_begin_test返回后，先判断是否有异常需要返回普通执行模式；然后判断是否这条指令是否因为condition而不被执行，如果是则就执行一条jmp指令，也就是前面介绍过的微指令跳转。
其他几个微指令比较简单不作详细介绍。

3.6.3.arm2x86_test.c:arm2x86_test_init
这里初始化了几个简单的测试情况然后进行一些处理的微指令。

3.6.4.arm2x86_shift.c:arm2x86_shift_init
这里初始化的是各种移位微指令。
这里移位的长度如果是变量的处理起来比较简单，前面在别的微指令中存到某个寄存器变量，然后在这条微指令中直接操作就可以。
如果移位的长度是立即数，则处理办法有点类似前面的微指令跳转。先用一条类似“T1 = T1 << 31;”的语句，这样其最后一个值是一个8位的移位长度，然后在实际翻译的过程中替换成实际翻译的立即数就可以了。

3.6.5.arm2x86_psr.c:arm2x86_psr_init
这里初始化的是跟ARM的状态寄存器PSR(包括CPSR和SPSR)相关的微指令。

3.6.6.arm2x86_movl.c:arm2x86_movl_init
这里初始化是用来对某模拟寄存器或者某寄存器变量等赋值的微指令。
其中的立即数赋值也比较类似前面的微指令跳转，先用类似“T2 = ULONG_MAX;”的语句，这样其最后一个值就是32位长度的立即数ULONG_MAX，然后在实际翻译的过程中替换成实际翻译的立即数就可以了。

3.6.7.arm2x86_mul.c:arm2x86_mul_init
这里初始化是用来对乘法指令进行模拟的微指令。

3.6.8.arm2x86_mem.c:arm2x86_mem_init
这里初始化是用来对内存操作进行模拟的微指令。
这里对内存的操作采用的办法是调用SKYEYE原有的内存操作函数，直接取得返回值，然后进行各种操作。这里这么作而不是直接访问相应的内存地址因为有MMU的时候，需要先通过MMU中的TLB和页表等转换地址，而且还有地址是IO地址，所以直接调用内存操作函数是比较简单的实现方法。

3.6.9.arm2x86_dp.c:arm2x86_dp_init
这里初始化的是对ARM中DP指令进行模拟的微指令。

3.6.10.arm2x86_coproc.c:arm2x86_coproc_init
这里初始化的是对ARM中协处理器指令进行模拟的微指令。

3.6.11.arm2x86_other.c:arm2x86_other_init
这里对所有其他微指令进行初始化。





4.翻译块(TB)
4.1.概述
在DBCT中，将tb.h:TB_LEN长度的被模拟指令翻译成一系列微指令(这一系列微指令的长度最大值为tb.h:TB_INSN_LEN_MAX，由tb.c:tb_insn_len_max_init取得)，这一系列微指令(存储这些微指令的内存称为TBP)以及地址信息等其他信息封装在一起称为一个TB。在DBCT初始化的时候，会根据配置文件以及实际情况对TB进行初始化，介绍tb_memory_init的时候会详细进行介绍。



4.2.tb.h:struct tb_s
这个结构是TB的核心结构，每个TB块都将对应一个tb_s结构。
下面对其的每个成员变量进行介绍：
struct list_head        list;
当使用第二种方法使用TB的时候，这个list将所有使用过的TB全部用tb.c:tbp_dynamic_list以及这个list结构组成的链表连接起来，在每次使用某个TB的时候，都将其先从链表中删除，然后连接到链表的最后。当对某地址进行执行，而所有TB都不是这个地址相关的，并且没有未使用过的TB，需要从现有TB中选择一个TB使用的时候，就会使用链表第一个TB。这样做的好处是，最不常用的已翻译过的TB肯定是在链表第一个，选择其影响会最小，提高了效率。在后面介绍翻译执行的时候会进行更具体的介绍。

int        ted;
这个变量为0表明这个TB中数据是没有翻译过的，为1表明其中数据是翻译过的。在需要标记某个TB为脏的时候，就可以通过设置ted为0来实现。

uint8_t        *insn_addr[TB_LEN / sizeof(uint8_t *)];
在翻译过程中，将把每条指令对应的微指令地址都存储到这个数组中，这样在执行已经翻译过的TB的时候，可以直接取得对应地址的微指令地址开始执行。
原来的DBCT中也采用过不存储微指令地址，在执行的时候再重新翻译取得地址的方法，最多是将取得后的地址存储起来，后来考虑即使将所有地址都存起来也不会使用很多内存，所以就用了所有翻译过的地址都存起来的方法。

uint8_t        *tbp;
这个成员变量指向当前TB存储微指令的内存，显然这里指向内存块的大小为TB_LEN / sizeof (ARMword) * TB_INSN_LEN_MAX。

ARMword        addr;
这个成员变量是当前TB对应的被模拟指令的地址。

ARMword        tran_addr;
在TB翻译过程中，并不是一次将整个TB范围内的被模拟指令都翻译成微指令，而是每次翻译到一个必定发生返回的指令，并且实际要取得的微指令地址(注意翻译是从TB开始的地址开始的 )也已经取得，就不再继续进行翻译，等下次请求一个地址比翻译到的地址大的时候，就继续对TB进行翻译。
这个成员变量tran_addr记录的就是翻译到的指令地址的下一个指令的地址，也就是如果继续翻译的地址。

uint8_t *tbp_now;
在成员变量指向当前可以写入微指令的地址，在tbt->ted为0也就是这个TB从tbt->addr开始翻译的时候初始化为tbt->tbp，每增加一个微指令都顺序增加，并且在向上面tran_addr提到的那种继续翻译的时候，可以继续使用。

ARMword        last_addr;
uint8_t        *last_tbp;
这2个成员在指令翻译的时候使用。last_addr存储这个TB上次被使用时候的地址，而last_tbp就是对应的微指令地址。这样如果下次还使用这个TB的这个地址last_addr，就可以快速取得微指令地址last_tbp，提高执行速度。

ARMword        ret_addr;
介绍tran_addr的时候，已经提到了只翻译到必定发生返回的指令就不再继续翻译，但是这里还有一种情况需要考虑到，就是DBCT在翻译当前TB范围内的被模拟指令跳转的时候，都是将这个跳转指令翻译为微指令跳转指令，而不是通常的设置PC寄存器然后返回的 方式，这样的跳转如果是向后跳转，并且超过了翻译结束的地址肯定是不行的。
如何防止提前翻译结束？在翻译开始的时候设置ret_addr为0，一旦有TB内跳转出现，并且这个地址的值比ret_addr大，就设置ret_addr为这个地址。在翻译完一条指令并确定翻译也许可以结束的时候，对ret_addr进行检查，只有在ret_addr小于下一条将翻译的指令地址的时候，翻译才结束。



4.3.TB_TBT_SIZE和TB_TBP_SIZE
在tb.c中有TB_TBT_SIZE和TB_TBP_SIZE，TB的初始化就要根据其的值来进行，他们的定义为：
#define TB_TBT_SIZE        skyeye_config.tb_tbt_size
#define TB_TBP_SIZE        skyeye_config.tb_tbp_size

TB_TBT_SIZE是DBCT中所有TB的条目也就是tb_t结构所占空间。如果设置为0则就在使用的时候分配在被模拟内存结构armmem.h:mem_state_t->tbt上，也就是只要运行某块内存，就分配其的tb_t结构。如果设置为非0就使用tb.c:tbt_table和tb.c:tbt_table_size的内存进行动态分配。

TB_TBP_SIZE是TB中实际储存微指令的内存所占空间。如果设置为0则就在使用的时候分配在被模拟内存结构armmem.h:mem_state_t->tbp上，也就是只要运行某块内存，就分配其的tbp。如果设置为非0会同时标记tbp_dynamic为1表明是TBP动态分配，并且TBP所用的内存使用tb.c:tbp_begin、tb.c:tbp_now和tbp_now_size进行动态分配。

skyeye_config.tb_tbt_size和skyeye_config.tb_tbp_size是从配置文件中读出的值，他们的初始化也就是设置默认值在skyeye_options.c:skyeye_option_init函数中。在这里我们可以看到config->tb_tbt_size也就是TB_TBT_SIZE初始化为0，因为tb_t结构占用空间不大；config->tb_tbp_size也就是TB_TBP_SIZE初始化为TB_TBP_DEFAULT(1024 * 1024 * 64)，这里没有也初始化因为每条被模拟的ARM指令都包含若干条微指令，这样跟一个TB存储的指令对应的微指令存储空间会比较大，甚至有超过32位寻址空间大小的情况，所以这里一般不设置为0。

注意TB_TBT_SIZE和TB_TBP_SIZE并不是从配置文件中读出后直接使用，而是在tb_memory_init进行过初始化后才使用，和其相关的几个变量也是在tb_memory_init中进行的初始化。



4.4.tb.c:tb_memory_init
这个函数用来对DBCT中的TB进行初始化。下面介绍执行过程：
第一步，先判断TB_TBT_SIZE是否为0，如果不为0，就会执行一部分针对TB_TBT_SIZE的代码。注意这里我犯了一个比较大的错误，其中的结构应该使用tb_t，而我这里全部错误的使用了tb_cache_t，而这个tb_cache_t也是一个不再需要的东西，早应该从代码中去掉，下面的介绍全都假定成tb_cache_t已经被换成了tb_t。先对TB_TBT_SIZE进行基本的处理和检查，然后取得所有被模拟内存一共需要tb_t所占的空间，其跟TB_TBT_SIZE进行比较。如果TB_TBT_SIZE大于等于这个值，则表明DBCT不需要动态分配tb_t来节省空间，就设置TB_TBT_SIZE为0，使用固定分配的形势。如果TB_TBT_SIZE小于这个值，则初始化存储tb_t的空间tbt_table和tb_t的数量tbt_table_size。

这样TB_TBT_SIZE就初始化完成，同时还对tbt_table和tbt_table_size进行了设置。

第二步，如果TB_TBP_SIZE为非0，则对其进行基本的处理和检查。

第三步，再次判断TB_TBT_SIZE是否为0，然后对TB_TBP_SIZE进行处理。
如果TB_TBT_SIZE不为0，首先取得这个长度的tb_t结构组需要的tbp的长度tmp_u64，跟TB_TBP_SIZE进行比较。如果TB_TBP_SIZE大于tmp_u64或者TB_TBP_SIZE为0，则TB_TBP_SIZE设置为这个值，这么作因为在TB_TBT_SIZE动态分配后，TB无法对大于其管理范围的微指令内存TBP进行管理，所以进行这个设置。如果TB_TBP_SIZE小于tmp_u64，则设置tb.c:tbp_dynamic为1，也就是设置DBCT中TBP为动态分配。
如果TB_TBT_SIZE为0，将判断TB_TBP_SIZE是否为0。如果为0很显然不需要再作任何初始化工作，tbp_dynamic使用默认值0，全部在DBCT运行时根据需要分配在mem_state_t->tbt和mem_state_t->tbp上就可以。如果不为0则先取得全部被模拟内存需要的TBP的长度tmp_u64，然后跟TB_TBP_SIZE进行比较。如果TB_TBP_SIZE大于等于tmp_u64，则表明TBP已经不需要动态分配，就设置TB_TBP_SIZE为0。如果TB_TBP_SIZE小于tmp_u64，则表明需要动态分配，设置tbp_dynamic为1。

这样TB_TBP_SIZE就初始化完成，同时也根据需要对tbp_dynamic进行了设置。

第四步，这时TB_TBP_SIZE的值已经得到了确定，这里就是给tbp_begin分配空间，注意这里用mmap分配内存的时候设置了权限为可运行PROT_EXEC。然后对tbp_now_size和tbp_now也进行了初始化。

这样用来进行TBP动态分配的tbp_begin、tbp_now_size和tbp_now进行了初始化。

总结一下，DBCT中用来维护TBT和TBP动态分配的几个变量用的有点繁琐了。



4.5.tb.c:tb_insn_len_max_init
这个函数用来对tb.c:tb_insn_len_max也就是TB_INSN_LEN_MAX进行了初始化。
做法是将所有被翻译指令被翻译成的微指令长度都取得，然后进行比较，将最长的设置为tb_insn_len_max。





5.初始化函数arm2x86.c:arm2x86_init
这个函数是DBCT的初始化函数，其在函数arminit.c:ARMul_Reset中被调用。
这个函数先会调用前面介绍过的几个微指令初始化函数，然后是函数tb_insn_len_max_init，最后是函数tb_memory_init。





6.翻译执行过程
6.1.armemu.c:ARMul_Emulate32_dbct
这是整个DBCT翻译执行的核心函数，类似普通指令执行方式的ARMul_Emulate32函数，也是在arminit.c:ARMul_DoProg和arminit.c:ARMul_DoInstr被调用。下面介绍执行过程：
第一步，给R15寄存器也就是PC寄存器的值增加一个指令长度INSN_SIZE，这是因为ARM的多级流水线PC寄存器对应用是非透明的，而在这个函数外面的函数都将R15当作当前PC值，所以在开始执行前先对R15寄存器进行设置。

第二步，设置state->trap为0。

第三步，调用函数tb.c:tb_find，在这个函数中根据参数提供的PC寄存器值，进行全部的分配TB以及指令翻译的工作，最后将跟PC对应的微指令地址返回。如果返回NULL则表示执行失败，设置state->trap为TRAP_INSN_ABORT也就是取指异常，跳转到后面对state->trap进行处理的部分。

第四步，对将在微指令中作为变量的寄存器进行保存，保存的原因前面介绍过，因为这几个寄存器的值都是被调用函数来保存，所以在这里进行保存。
调用取得的指向微指令内存的指针gen_func。
返回后恢复几个寄存器的值。

第五步，在介绍微指令的时候，介绍过异常等特殊情况，都是先设置state->trap然后就返回，而这里就是实际对异常等进行处理的地方。这部分代码比较清晰，就是根据state->trap进行不同的处理，不作详细介绍。

第六步，判断是否还继续执行，或者函数返回。如果继续执行就返回到第二步。

第七步，state->Reg[15]减INSN_SIZE，恢复PC指向当前程序执行的地址，然后返回。





6.2.tb.c:tb_find
在这个函数中根据参数提供的PC寄存器值，进行全部的分配TB以及指令翻译的工作，最后将跟PC对应的微指令地址返回。下面介绍执行过程：
第一步，调用armmmu.c:mmu_v2p_dbct函数通过SKYEYE的MMU功能取得跟执行地址ADDR对应的被模拟物理地址addr，如果失败则函数出错返回。然后通过TB_ALIGN取得跟TB_LEN长度对齐的地址align_addr，这个地址就是addr对应TB的地址。

第二步，检查align_addr是否和静态局部变量save_align_addr相同，如果相同表明前面已经对这个物理地址的TB进行过请求，已经取得了翻译前需要的各种指针，都存在静态局部变量中，所以跳过分配TB的代码直接执行指令翻译的代码。注意save_align_addr的初始值为0x1是为了保证不跟任何地址一样。

第三步，这里开始的就是对TB进行分配的代码，首先判断tbt_table_size是否为0来确定tb_t是否是动态分配的。

第四步，如果是动态分配，就会以哈希计算的方法从tbt_table中取出跟align_addr对应地址的tb_t。
比较tbt->addr和align_addr，如果tbt->addr跟align_addr不同表明其先前是其他地址的TB，就会进行一些清除过去记录的工作，设置tbt->ted为0，设置tbt->addr为align_addr。
然后就是取得tbt->tbp也就是TBP。如果tbt->tbp为NULL，则表明这个TB中的TBP没有分配或者已经被其他TB使用，这时候需要调用tb.c:tb_get_tbp进行TBP的分配。如果tbt->tbp不为NULL，则TBP已经分配过，则按照前面在介绍tbt->list那样，先将其从tbp_dynamic_list链表中删除掉。

第五步，如果不是动态分配，首先通过函数tb.c:tb_get_mbp取得align_addr对应模拟内存的mem_bank_t结构指针mbp。
检查结构中的state->mem.tbt[bank_num]是否为空，如果为空表明tbt和tbp未分配相应的空间，如果tbp_dynamic为0表明是静态分配TBP，则将先给state->mem.tbp[bank_num]分配空间，然后给state->mem.tbt[bank_num]分配空间。
分配好空间后设置TB结构。
在取得TB结构后检查tbt->tbp也就是TBP是否为空。如果为空就根据tbp_dynamic对其进行设置，动态分配跟前面一样使用tb.c:tb_get_tbp函数，静态从state->mem.tbp[bank_num]中取得。如果不为空也跟前面一样判断tbp_dynamic根据情况将TB结构从列表中删除。

现在，TB结构和其中的TBP都已经取得。

第六步，用取得的TB进行一些设置。
设置state->tb_now为刚取得的TB结构，其的作用是微指令在运行的时候可以访问当前运行的TB，比如在标记TB为脏之后，微指令可以马上判断出来然后退出。
设置为save_align_addr为align_addr，目的在第二步介绍过。
如果tbp_dynamic为真表明是动态TBP分配，将TB结构增加到tbp_dynamic_list链表的最后面，这么作的目的在介绍tbt->list已经介绍过。

第七步，现在开始的就是对被模拟指令进行翻译的代码。先判断tbt->ted的值来确定这个TB结构是否被翻译过。

第八步，如果这个TB结构已经翻译过。
先检查tbt->last_addr是否跟addr相同，如果相同就返回tbt->last_tbp。这里在前面介绍tbt->last_addr和tbt->last_tbp的已经介绍过了。
判断需要翻译的物理地址addr是否大于等于tbt->tran_addr，这个tbt->tran_addr在前面也介绍过。
如果addr小于tbt->tran_addr则表明TB中现有微指令代码已经可以满足addr的需要，直接从tbt->insn_addr取出跟addr对应的TBP地址作为返回值设置到ret就可以。
如果addr大于等于tbt->tran_addr则表明需要继续翻译，首先取得跟tbt->tran_addr地址对应的在被模拟内存块中指针real_begin_addr，以及和addr对应的在被模拟内存块中指针real_addr。然后就调用tb.c:tb_translate从给定的real_begin_addr开始的内存进行翻译。最后取得跟addr对应的微指令地址设置到ret。

第九步，如果这个TB结构还没有翻译过，就需要重新翻译。
也是首先取得跟tbt->tran_addr地址对应的在被模拟内存块中指针real_begin_addr，以及和addr对应的在被模拟内存块中指针real_addr。然后初始化tbt->tran_addr为align_addr，初始化tbt->tbp_now为tbp，这两个成员变量在前面介绍过，这里就不再介绍。调用tb.c:tb_translate从给定的real_begin_addr开始的内存进行翻译。最后取得跟addr对应的微指令地址设置到ret。并且设置tbt->ted为1表明这个TB已经被翻译过。

现在返回值ret，也就是跟ADDR对应的微指令地址已经取得。

第十步，将addr和ret都设置到tbt->last_addr和tbt->last_tbp上，将ret返回。



6.3.tb.c:tb_get_tbp
这个函数用来对TBP进行动态分配。下面介绍执行过程：
第一步，判断tbp_now_size是否为0，前面介绍过tbp_now_size记录了可以分配的tbp的长度。

第二步，如果tbp_now_size不是0，表明还可以直接从tbp_now中分配TBP。

第三部，如果tbp_now_size是0，表明tbp_now中的空间已经分配光了，这时就要取tbp_dynamic_list的第一个TB结构中的TBP，这是整个链表中最不常用的一个TB结构，原因见上面对tbt->list的介绍。在取完后要将被取走TBP的TB结构从链表中删除，同时标记其tbp为NULL还有ted为0。



6.4.tb.c:tb_translate
这个函数从指定参数tb_begin_addr开始的内存进行指令翻译，最后将跟addr对应的微指令地址返回。下面介绍执行过程：
第一步，用tb_begin_addr通过计算取得这个TB对应被模拟内存块结束的地址tb_end_addr。

第二步，初始化链表tb_branch_save_list，这个链表的作用是记录每个TB内跳转，因为在翻译的过程中后面的指令地址还不知道，无法计算跳转长度，所以在这里将要写入的地址以及要跳转到的地址等信息记录起来，待翻译结束后，再循环对连表中的每个跳转长度进行设置。
设置全局变量now_tbt为tbt，这个now_tbt是给每个翻译函数可以方便访问当前TB结构。
设置tbt->ret_addr为0，目的见前面对ret_addr的介绍。

第三步，下面开始循环翻译，每次都会检查tb_begin_addr是否小于tb_end_addr，如果是就翻译，如果不是就不再进行循环。在每次一条指令翻译结束最后，都会给tb_begin_addr增加ARMword的长度到下一条指令。下面开始介绍一条指令的翻译过程。
检查tb_begin_addr是否跟addr相同，如果相同表明将翻译的指令是跟addr相关的指令，设置返回值ret为tbt->tbp_now。
设置tbt->insn_addr，这样做的目的见前面对tbt->insn_addr的介绍。
以当前要翻译的指令*tb_begin_addr、当前写入微指令的指针tbt->tbp_now等为参数，对函数tb.c:translate_word进行调用，这个函数就是对某个指令进行翻译的函数，其会返回写入微指令的长度len。
给tbt->tbp_now增加len，跳过已经使用的伪指令存储空间。
给tbt->tran_addr加4，令其对应下一个指令。
最后就是前面介绍过的如果指令一定发生返回就中断翻译。这里先要提一下state->trap，前面提过其在微指令执行时候的作用是返回异常类型，其在指令翻译的时候的作用是标记前面翻译的指令是肯定返回。这里就可以看到在检查了state->trap的同时，还检查了ret以及tbt->tran_addr是否大于tbt->ret_addr，这些工作的目的在前面都介绍过。如果确定可以停止翻译，就终端循环。

第四步，这时已经翻译指令结束，判断如果TB已经被全部翻译，也就是state->trap为0，在最后加上op_return微指令，让这个TB执行结束后返回。

第五步，现在将前面介绍过的tb_branch_save_list链表中的每个跳转结构依次取出，进行设置。

最后返回ret也就是跟addr对应的伪指令地址。



6.5.tb.c:translate_word
这是对参数中一个被模拟指令insn翻译成微指令并存储到参数tbp中最后将写入的微指令长度返回的函数。
这个函数本身结构比较大，而且主要都是指令翻译的工作，所以不做详细介绍了。

chyyuu

SkyEye的DBCT完全是有teawater大牛实现的，尹文超等做了小的改进，比解释执行方式已经有很大提高了。希望能够超过 QEMU 对 ARM的仿真速度！

wxMidnight

有机会我也试试。

另外，这个DBCT是否只能在IA32上做翻译？不能用于ARM的Host机器？反正我在ARM Host机器上是没能编译通过的。

chyyuu

目前只能用在ia32上。欢迎尝试！

faif

http://www.skyeye.org/wiki/SkyeyeDBCT