流水线mips模拟器_PPSSPP模拟器基本架构（一）

一、索尼PSP的软硬件体系

PSP首发于2004年，外观属于直板形式的一体式掌上游戏主机，支持插入卡带（一种特制小光盘UMD）。主要有3个系列，游戏彼此兼容。主要提升是更轻薄和更好的硬件特性。同时支持wlan无线网络和网络浏览器。

硬件体系采用两颗333MHZ的基于MIPS32 r4000的处理器，一颗作为主处理器，一颗做为图形和多媒体加速处理器使用。主内存容量为32M，图形显存为4M,后期升级型机器内存升级到64M，但是为了保持兼容性一般额外升级的内存作为缓存使用。最开始为了续航和维持电池寿命，CPU锁频为222MHZ，后期锁频被索尼解除。基中战神系列游戏必须运行在高主频模式上。

软件上使用裁剪的类BSD结构的UNIX操作系统，主要是底层函数接口部分和库的loader部分被索尼大量定制，二进制文件格式对ELF进行了一定的修改，不过整体上还是保留了BSD的系统结构。

PSP因为出色的图形表现和便携性，同时对多媒体音频视频支持良好，成为苹果iPhone出现之前最畅销的手持电子设备，不算后代的PSV,总销量大概8000万部。

PSV是索尼2011年发售的的掌机，同时兼容PSP游戏。因为外观相似度太高总是被人混为一谈，实际上PSV的硬件基于ARM平台，PPSSPP不可以运行针对PSV的游戏。

二、关于PPSSPP模拟器

PPSSPP是Henrik Rydgård设计的开源PSP模拟器，作者也是Dolphin模拟器的创建者之一，所以在系统架构上PPSSPP和Dolphin大致类似。PPSSPP通过对PSP的系统API进行高层行为模拟同时对MIPS的指令进行动态翻译即时编译执行的方式模拟运行PSP的游戏镜像。PPSSPP的性能非常高，在2019年主流手机运行PPSSPP都非常流畅，同时软件还支持扩展游戏分辨率，贴图分辨率调整，图像后期渲染，即时存档等功能。

三、PPSSPP的系统架构

1. 反汇编与即时编译模块

这一块位于源码目录Core/MIPS内，此模块为整个模拟器十分核心和对性能影响极其巨大的模块。位于子目录IR中的是PPSSPP设计的简单中间指令集，反编译的目标为中间指令集，之后再由中间指令集进行即时翻译或是编译到目标平台运行。IRinst.h文件定义了指令的操作码，实际上这层IR仅仅是对MIPS指令进行一定的抽象封装，寄存器也是直接使用MIPS的寄存器定义。精简指令集MIPS本身非常容易设计解释器，因此设计IR解释器也很容易。IRInterpreter.h和IRInterpreter.cpp定义了中间代码的解释器，不过一般此解释器为调试使用，在目标平台一般不启用此解释器。即时编译的架构如下图所示：

对于IR的优化主要是合并一些指令的操作，因为x86和ARM平台都有不少向量指令集的扩展，可以极大加速向量类的操作。同时针对指令流水线也可以进行一定不破坏语义的重排。对于即时编译部分作者没有利用开源的ASMJIT或是LLVM,而是重用了之前Dolphin模拟器中的已有模块。基本的即时编译过程并不复杂，主要是对虚拟的寄存器变量和内存变量进行操作，里面的关键是性能调优。

定义即时编译的相关接口类都在JitCommon.h头文件中，即时编译的基本模块是基本块，之后将之连接成函数并保存。为了让即时编译实现更加模块化，定义了即时编译的前端接口MIPSFrontendInterface，对于不同分类的指令分割到不同函数中实现而不用制造一下巨大的switch跳转表。