An exploration of approaches to instruction pipeline implementation for cycle-accurate simulators of «Elbrus»

Программное моделирование играют важную роль в цикле разработки процессоров, так как они предоставляют доступ к еще не существующему оборудованию. Потактово-точные симуляторы позволяют разработчикам программного обеспечения создавать и оптимизировать программы с учетом особенностей и характеристик разрабатываемых процессоров, что особенно важно для архитектур, которые для достижения высокой производительности в основном опираются на агрессивные оптимизации компилятора. Одним из ключевых аспектов потактово-точного симулятора является способ моделирования конвейера симулируемого процессора. Программная модель конвейера оказывает большое влияние на общую структуру симулятора и на его производительность и точность. Основной целью данной статьи является разработка и анализ различных подходов к моделированию конвейера микропроцессоров “Эльбрус”, которые бы позволяли переиспользовать функционал существующего функционального симулятора без его существенных изменений, и которые бы достигали хорошего баланса производительности и точности. Мы коротко описываем особенности микропроцессоров “Эльбрус” и детали существующего функционального симулятора, важные для потактово-точного моделирования. Мы делаем несколько простых, но достаточно общих и полезных наблюдений о поведении конвейера с позиции точного и эффективного потактово-точного моделирования микропроцессоров. Данные наблюдения используются в качестве основы для обоснования, разработки и анализа нескольких подходов к моделированию конвейера, описанных в данной статье. Всего мы описываем четыре различных подхода, начиная с простого и достаточно очевидного, и заканчивая более сложными, полученными после нескольких итераций совершенствований и усложнений на основе ранее сделанных наблюдений. Для каждого подхода мы анализируем его преимущества, недостатки и фундаментальные ограничения.