一种基于X86指令集的软件动态能耗统计方法

摘要

本发明公布了一种基于X86指令集的软件动态能耗统计方法。该方法首先识别X86指令的前缀，然后识别X86指令的操作码和操作数，最后得出X86指令的执行周期数，计算得到整个系统的能耗值。分别从C语言程序和汇编语言程序2个方面对本发明进行了验证，验证使用的C语言程序分别是冒泡排序（Bubble）、矩阵乘法（Matrix）、约瑟夫环算法（Josephus）、迷宫问题和八皇后问题（Queen），验证使用的7个汇编语言程序都包含了32类X86汇编指令。实验结果表明，本发明提出的方法对汇编语言程序和C语言程序的能耗统计值与同样的程序在开发板上运行的能耗值的误差在13%以内，这说明了本发明提出的基于X86 指令集的软件动态能耗统计方法是准确的。

主权项

一种基于X86指令集的软件动态能耗统计方法，其特征在于该方法的步骤如下： 1）Intel X86体系结构中CPU的每条指令都是由前缀（Prefixes），操作码（opcode），操作数地址（ModR/M），刻度基准(SIB)，位移（Displacement），立即数（Immediate）组成，指令能耗的处理过程，是对X86指令的关键域值的识别、分类、能耗统计的过程，Intel X86体系结构CPU有4类前缀，分别是总线加锁/重复前缀、段超越前缀、操作数长度超越前缀和地址长度超越前缀，X86指令的前缀由上述4类前缀构成，每种前缀只能出现一次，但其顺序没有规定，可以自由排列，前缀的识别过程是将传入的指令前缀与X86前缀集中的前缀进行对比；  2）Intel X86指令中有几千个操作码，并且操作码一直呈现增长趋势，同时每个操作码对应的操作数个数不一样，操作数的寻址方式也不相同，操作码的编码采用的是哈夫曼算法，利用这个特性，实现对操作码和操作数的识别，操作码的识别采用的是比对的方法，使用一个二维表来存放所有的X86指令的操作码信息，然后通过将当前待识别的操作码和二维表中的操作码对比来确定待识别的操作码，在开始对操作码进行识别之前，需要先设定指令操作码的信息，然后设定二维表，即查找对照表，二维表中有91个成员，每个成员都是cmddata类型，这91个成员分成32种类型，用来表示X86指令中最常用到的32类指令，每个操作码最多只有三个字节，如果不够3个字节，则将这几个字节直接拷贝到（char *）&opcode 处，如果机器码中有repeat prefixes前缀，则将操作码右移8位与repeat prefixes前缀按位或，最后将当前传进来待识别的操作码与二维表中每一项进行比对，确定当前指令的操作码； 3）通过一个统计函数来获得该条指令的指令周期数，然后将各条指令的电流值、电压值、频率值的倒数、周期数等相乘，得该条指令的能耗值，最后将所有出现的指令的能耗值相加，得到整个软件系统的能耗值。