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随着微电子技术的快速发展，新型体系架构处理器不断涌现，应用软件资源稀缺问题凸显。将占市场主导地位的X86架构应用软件资源移植到新型处理器上，是实现新型处理器应用普及的有效途径。软硬件协同式X86系统仿真技术能够有效解决“代码移植”和体系结构兼容性的问题，通过引入适当硬件实现部分，使得软件部分和硬件部分协同工作，有效提升X86系统仿真性能，已成为新型处理器应用的重要支撑技术。本文深入分析制约X86系统仿真性能的关键瓶颈，对各仿真功能模块进行了软硬件划分，提出了软硬件协同式X86系统仿真模型，构建了以开源处理器OpenRISC平台为宿主机的X86系统仿真架构Co-AB。基于FPGA和OpenRISC SoPC平台，对Co-AB进行了测试与验证；设计并实现了HardTLB及其访问扩展指令，通过嵌入式汇编指令，使SoftMMU和HardTLB协同工作，提升了访存指令中虚实地址转换的仿真效率；提出了一种流水式指令译码仿真机制，设计并实现了流水式指令译码仿真部件，相对于指令串行译码仿真机制，有效减少了指令译码仿真的时间开销。实验测试结果表明，本文所设计的协同式VMMU部件和流水式指令译码仿真部件能够正确地完成地址映射和指令译码仿真工作。协同式VMMU部件相比于传统软件实现方式可获得36.7%的访存性能提升；流水式译码机制相对于串行译码机制可以有效降低指令译码时间开销大约41.8%。