二进制翻译技术是解决软件代码移植问题的重要手段,也是帮助新处理器架构推广的有效手段。用户级二进制翻译器翻译执行用户态的应用程序;而系统级二进制翻译器翻译执行整个操作系统,虚拟化整个架构平台。相比用户级二进制翻译,系统级二进制翻译面临更多的挑战,主要集中在特权级指令的处理、内存管理单元的虚拟化和I/O的模拟。本文研究异构环境下的系统级二进制翻译中的内存管理单元虚拟化。通过纯软件的方式,实现在IA-64体系结构下对IA-32内存管理单元的虚拟化,以帮助未经任何修改IA-32操作系统运行在IA-64平台上。内存管理单元的虚拟化既要保证对IA-32的兼容性,又要避免带来过多的性能损失。主要内容包括:IA-32段机制的模拟、页机制的模拟(包括线性地址到物理地址的映射、地址空间的保护)、同时针对多地址空间的内存管理单元特征,实现高效的代码Cache管理和自修改代码模拟方案。在SPEC2K INT程序的测试中,运行在系统级二进制翻译上的整体性能是本征系统上的60%,其中内存管理单元的虚拟化所花时间约占总执行时间比例为2.6%。本文通过实验证明,通过纯软件的方式,在异构平台上实现高效的内存管理单元虚拟化是可行的。