实验小项目招新：loongarch --> x86的动态二进制翻译 #40

chyyuu · 2023-09-11T09:15:13Z

chyyuu
Sep 11, 2023
Maintainer

LoongArch包含二进制翻译扩展指令，以支持龙芯二进制翻译系统对其他架构下二进制指令的高效翻译。龙芯二进制翻译系统基于LoongArch二进制翻译扩展指令实现，利用软硬件结合的翻译优化技术，实现跨指令集、跨操作系统间的应用兼容、高效运行。
本项目主要是LATX（LAT from X86）的优化技术，过架构层支持与软硬协同算法优化，充分利用本地硬件，最大化提升模拟效率，支持x86平台的应用在龙芯平台的高效运行。

参考：

如有兴趣一起来探索，请联系张福新老师 fxzhang AT ict.ac.cn 微信id foxsen76

2024年1月31日更新lfy研究计划

2023 年 06 月：学习 QEMU 源码，实现简单的读写指令翻译
2023 年 07 月：实现简单的算术指令翻译
2023 年 08 月：实现简单的转移指令翻译
2023 年 09 月：实现复杂的复合指令翻译
2023 年 10 月：实现 SIMD 指令翻译
2023 年 11 月：通过x87 测试集和 spec 2000 浮点测试集
2023 年 12 月：设计分析浮点寄存器映射方案
2024 年 01 月：实现浮点寄存器映射方案，完成工作纪要和学术论文阅读笔记
2024 年 02 月：应用浮点寄存器映射方案，完成工作纪要和学术论文阅读笔记
2024 年 03 月：实现向量寄存器映射方案，完成工作纪要和学术论文阅读笔记
2024 年 04 月：实现 SSE1 指令翻译，完成工作纪要和学术论文阅读笔记
2024 年 05 月：通过 spec 2017 浮点测例，完成工作纪要和阅读学术论文笔记
2024 年 06 月：完成性能评测，分析潜在性能瓶颈，准备撰写学术论文和毕业论文
2024 年 07 月：分析性能优化技术并进行性能优化，开始撰写学术论文和毕业论文
2024 年 08 月：完善项目功能与性能，完成性能评测，完善学术论文和毕业论文
2024年 09月：完善项目功能与性能，完善学术论文和毕业论文
2024年 10月：投稿学术论文，完善毕业论文
2024 年11月：完成毕业论文，准备毕设答辩
2024 年 12 月：提交毕业论文，准备毕业答辩

foxsen · 2023-09-12T08:15:51Z

foxsen
Sep 12, 2023

在龙芯上通过二进制翻译运行x86代码是x86 --> LoongArch的翻译，而不是LoongArch --> x86。

我们正在做的一个项目是“基于LLVM编译框架的二进制翻译器”。

问题。目前大部分的商业翻译器都是人工实现每条指令的翻译和优化，工作量大，调试难度大，不容易扩展到其他指令集的组合。
思路。将客户应用的指令先翻译为LLVM IR，然后利用LLVM对其进行优化和代码生成。因为可以利用后续编译器优化，在二进制翻译成LLVM IR的过程中可以不追求高度优化（甚至用高级语言而不是汇编级的写法）。代码优化除了利用现有LLVM的大量优化pass，还可以针对二进制翻译的特性定制开发pass。利用LLVM的代码生成，可以很容易地实现对多种后端架构的支持。
现状：龙芯实验室已经实现了基于LLVM的原型翻译器，其翻译运行SPEC CPU2000定点程序的效率比QEMU高两三倍，接近Latx的性能。目前正在进行的工作包括：
- 代码整理和开源准备
- 添加浮点和向量支持
- 尝试基于指令描述文件自动生成LLVM IR进一步提高可扩展性
- 以函数为单位进行翻译进一步提升性能

浮点和向量支持部分，已经有同学进行了部分工作。这部分的具体目标包括：

搭建实验环境，熟悉x86_64和LoongArch的浮点和向量指令集
实现x86_64二进制中浮点和向量指令翻译到LLVM IR的支持
- 完整实现的基础浮点指令
- 完整实现SSE2以下(含）的向量指令，可能时尽量利用LLVM向量IR。有同学曾经尝试只实现基础浮点，但是因为X86_64指令集要求支持SSE2，glibc以及常见的二进制均可能包含SSE指令，没有好的方法制造一个严格不包含向量指令的x86_64运行环境。
正确运行SPEC CPU基准测试程序
评估现有的helper实现和直接指令翻译实现的性能提升情况，进行必要的分析
针对SSE2到龙芯向量指令集的特定翻译组合，考虑可能的优化（如翻译时利用LoongArch向量的intrinsic）。