随着新兴应用的出现,专用集成电路、通用处理器和现场可编程门阵列等计算架构逐渐难以满足人们的需求,粗粒度可重构架构以其灵活的可配置性和显著的能效比优势,近年来不断得到关注。作为粗粒度可重构架构的特点之一,广泛的可配置性使得架构具有广阔的设计空间,可以灵活地满足不同应用的需求。但同时也提高了其设计难度,架构设计人员常常需要在设计早期对设计的不同结构进行建模仿真,因此拥有便捷的建模和仿真工具显得尤为重要。粗粒度可重构架构模拟器需要满足高层次抽象建模,架构参数动态可配置,方便系统级集成等多方面需求。针对这些需求,本文提出了基于Gem5的粗粒度可重构架构系统级模拟器设计方案,该方案具有高度模块化、离散事件驱动和易于全系统仿真的优势。本文以一个具体的异构粗粒度可重构架构的模拟器实现为例,讲述了基于Gem5的建模设计过程以及系统级集成方案,旨在为粗粒度可重构架构建模工作提供一种通用、快速、易于系统集成的设计思路。结合该模拟器性能分析结果,本文对粗粒度可重构架构控制通路的设计方案进行了评估,发现了其指令配置代价过高的问题。为此,本文针对性地提出了基于相似性的指令压缩方案。该方案利用实践中发现的粗粒度可重构架构指令间具有的明显的相似性,实现了对指令的压缩。该方案能够在较小的性能损失前提下,明显地降低粗粒度可重构架构的指令配置代价,从而最终实现提高架构能效比的目的。实验结果表明,相比于两种基准架构本文的方案分别得到了36%和181%的面积效率比提升,33%和118%功耗效率比提升。