c++ - 在 C++ 的功能 ISA 模拟器上实现陷阱(异常/中断)

Question

我尝试实现功能性 ISA 模拟器:目标是 RISC-V 和 MIPS。 它是一步一步的指令解释器。

抽象步骤:

while(num_steps)
{
    try
    {
        take_interrupt();// take pending interrupts
        fetch(); // fetch instruction from memory
        decode(); // find handler to instruction
        execute(); // perform instruction
    } 
    catch (Trap& e)
    {
        take_trap(e); //configure appropriate system registers and jump to trap vector.
    }
}

如您所见，C++ 异常用于传输控制流。 也许可以有更帅气的设计？

问题:在功能性 ISA 模拟器上实现陷阱的最佳方法/实践是什么。我也对翻译模拟器(如 QEMU)的异常/陷阱实现感兴趣。

注意: trap 这个词是指 ISA 定义的陷阱，而不是应用程序错误:未对齐的内存访问、非法指令、系统寄存器访问错误、特权级别更改等.

Answer 1

QEMU 使用 C setjmp()/longjmp() 机制来处理大多数异常:当我们检测到页面错误之类的东西时，我们设置一些标志来指示异常类型，然后 longjmp() 到顶部 -级别“执行代码”循环。该循环然后查看标志并在继续执行客户代码之前将 CPU 状态设置为“进入异常处理程序”。

所以我们使用 C 等价物来抛出异常；正如 NonNumeric 所说，不需要像这样实现 guest 异常(名称的巧合只是巧合)。但是由于触发页面错误的内存访问是不常见的情况，longjmp 或抛出 C++ 异常比在所有内存访问代码路径中包含“处理失败返回”更有效。 guest 内存访问是一个特殊的热点，QEMU 使用一些自定义内联汇编实现其内存访问快速路径，因此我们关心在页面错误时退出到顶级循环而不执行 longjmp 所需的额外指令.使用简单的“获取/解码/执行”循环而不对 guest 代码执行 JIT 的模拟器不太关心性能，因此您的选择可能取决于代码风格和可维护性的偏好。