系统仿真能够屏蔽计算机体系结构间差异,是解决软件兼容性问题的有效方法。CPU仿真是计算机系统仿真的主要方面,是目前系统级仿真关注的热点。本文针对CPU仿真中的关键问题进行了分析,并研究了针对多核平台的CPU仿真,主要贡献如下:1.针对传统仿真系统中常用翻译缓存策略的不足,提出了分区翻译缓存管理策略,实现了区域间和区域内的两级管理。分区翻译缓存管理策略在避免产生缓存碎片的同时能提高翻译的效率。针对翻译缓存代码一致性问题,设计实现了细粒度的自修改代码处理机制。2.分析了仿真过程中的中断处理和异常处理的特征,深入研究了中断和异常仿真中的关键问题。对于中断仿真,采用了时钟超时断链机制,解决了直接块链带来的中断响应超时问题;对于异常仿真中的指令定位,采用了地址映射表法,解决了异常指令的定位开销大的问题,测试表明,地址映射表法仿真开销低于重新翻译法。3.研究了CPU仿真的并行化实现方法,将翻译和执行分配到不同的线程。为了提高并行度,设计并实现了一种超前翻译算法。对缓存分区管理策略的测试表明,翻译块的miss率在2%以下,可以为系统提供较高的仿真效率;测试结果显示在采用地址映射表法进行异常指令定位时,时间损耗远远低于重新翻译法的时间损耗;采用双线程并行优化后,翻译与执行有各自的线程,执行线程的有效时间达到41%,高于优化前单线程执行时的22%。