Contributions à la traduction binaire dynamique : support du parallélisme d'instructions et génération de traducteurs optimisés

Contributions to dynamic binary translation : instruction parallelism support and optimized translators generator

• Auteur / Autrice : Luc Michel
• Direction : Frédéric Pétrot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 18/12/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Techniques de l’informatique et de la microélectronique pour l’architecture des systèmes intégrés (Grenoble ; 1994-....)
• Jury : Président / Présidente : Florence Maraninchi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Fournel, Paul Feautrier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Goossens, Erven Rohou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traduction automatique

Mots clés libres

Simulation

VLIW

Systèmes intégrés

Traduction binaire dynamique

Integrated systems

VLIW

Dynamic binary translation

Simulation

Résumé

Les unités de calculs qui composent les systèmes intégrés numériques d'aujourd'hui sont complexes, hétérogènes, et en nombre toujours croissant.La simulation, largement utilisée tant dans les phases de conception logicielle que matérielle de ces systèmes devient donc un vrai défi.Lors de la simulation du système, la performance est en grande partie édictée par la stratégie de simulation des jeux d'instructions des processeurs.La traduction binaire dynamique (DBT) est une technique qui a fait ses preuves dans ce contexte.Le principe de cette solution est de traduire au fur et à mesure les instructions du programme simulé (la cible), en instructions compréhensibles par la machine exécutant la simulation (l'hôte).C'est une technique rapide, mais la réalisation de simulateurs fondée sur cette technologie reste complexe.Elle est d'une part limitée en terme d'architectures cibles supportées, et d'autre part compliquée dans sa mise en œuvre effective qui requiert de longs et délicats développements.Les travaux menés dans cette thèse s'articulent autour de deux contributions majeures.La première s'attaque au support des architectures cibles de type Very Long Instruction Word (VLIW), en étudiant leurs particularités vis-à-vis de la DBT.Certaines de ces spécificités, tel le parallélisme explicite entre instructions, rendent la traduction vers un processeur hôte scalaire non triviale.La solution que nous proposons apporte des gains en vitesse de simulation d'environ deux ordres de grandeur par rapport à des simulateurs basés sur des techniques d'interprétation.La seconde contribution s'intéresse à la génération automatique de simulateurs basés sur la DBT.À partir d'une description architecturale de la cible et de l'hôte, nous cherchons à produire un simulateur qui soit optimisé pour ce couple.L'optimisation est faite grâce au processus de mise en correspondance des instructions du couple afin de sélectionner la ou les meilleures instructions hôtes pour simuler une instruction cible.Bien qu'expérimental, le générateur réalisé donne des résultats très prometteurs puisqu'il est à même de produire un simulateur pour l'architecture MIPS aux performances comparables à celles d'une implémentation manuelle.

Computing units embedded into modern integrated systems are com-plex, heterogeneous and numerous. Simulation widely used during both software and hardware designof these systems is becoming a real challenge. The simulator performance ismainly driven by the processors instruction set simulation approach, among which Dynamic BinaryTranslation (DBT) is one of the most promising technique. DBT aims at transla-ting on the fly instructions of the simulated processor (the target) into instructions that canbe understood by the computer running the simulation (the host). This technique is fast,but designing a simulator based on it is complex. Indeed, the number of target architecturesis limited, and furthermore, implementing a simulator is a complicated process because oflong and error prone development.This PhD contributes to solve two major issues. The first contribution tackles the problem ofsupporting Very Long Instruction Word (VLIW) architectures as simulation targets,by studying their architecture peculiarities with regards to DBT. Some of these specificities,like explicit instruction parallelism make the translation to scalar hosts nontrivial. Thesolutions we propose bring simulation speed gains of two orders of magnitude compared tointerpreter based simulators. The second contribution addresses the problem of automaticgeneration of DBT based simulators. With both target and host architectural descriptions,we produce a simulator optimised for this pair. This optimisation is done with an instructionsmatching process that finds host instruction candidates to simulate a target instruction.Although being experimental, our generator gives very promising results. It is able toproduce a simulator for the MIPS architecture whose performances are close to a hand writtenimplementation.