随着芯片集成度的提高,CPU设计的复杂度大大增加,开发一个执行速度快、灵活可配置的模拟器对微处理器设计的重要性不言而喻。本文面向一种典型的RISC处理器,设计并实现了指令集模拟器。该模拟器基于Gem5模拟平台,采用执行驱动技术,在解释型模拟器的基础上进行指令翻译优化,实现了包括Load/Store指令、数据运算指令、分支指令、异常生成指令以及系统指令等在内的几类指令,并对存储器进行建模,最终可运行大量的基准测试程序,包括SPEC CPU2000。由于采用面向对象的编程语言来实现,使得该模拟器具有软件结构模块化、参数可配置、灵活性和可扩展性好等特点。本文的主要工作和贡献有:1、实现了RISC指令集模拟和加速。本文实现了RISC指令集中297条指令的功能模拟,并通过宿主机代替执行的方式,有效实现了系统调用处理的过程。为了提高模拟速度,本文对指令译码过程进行了优化,即将指令译码信息保存在缓存中,避免对指令的重复译码。测试结果表明,该种优化有效的提升了模拟器的运行速度。2、存储模拟和优化。本文采用地址映射的方式将目标机的地址空间映射到宿主机的内存空间,从而以一个连续的虚存空间来实现对目标机存储器的建模。为了提高地址转换效率,本文建立了一个全局软TLB表,从而达到提升模拟速度的目的。3、模拟器的测试。逐条指令测试以及整体测试表明,模拟器功能正确;指令翻译优化后模拟器速度提高了约6.50%;存储模拟优化后模拟器速度提升了大约0.95%;综合两种优化手段,模拟器速度提升了约6.76%。