gem5简介

gem5模拟器提供了四个不同的CPU模型，两个不同的系统模型以及两个不同的内存系统模型，并且支持多种指令集（ARM、ALPHA、MIPS、Power、SPARC和x86），其中可以再ARM、ALPHA和x86三种架构上运行Linux。gem5的许可证是基于BSD的，这就为工业界和学术界的合作搭建了一个好的桥梁。虽然开发一个Full-system的模拟器是很复杂的，但gem5正在借助开源的强大合作力（如mailing lists，wiki，web-based patch reviews，a publicly accessible source repository）不断完善自身功能。

（一）gem5有四个标签：普遍的面向对象，集成Python，领域特定语言和标准接口的使用。下面来一一讲解它们。

1. 普遍的面向对象

gem5的灵活性就是依赖于面向对象设计。gem5中所有的主要部件都是SimObjects。如下可以看做gem5的一个helloworld：

2. Python集成

虽然gem5中85%用C++写成的，但Python遍布在操作的各个角落，就连标准的main函数都是用Python写的，所有的命令行处理和启动代码也都是Python。

3. 领域特定语言

领域特定语言（DSL）可以带来很大的灵活性。gem5提供了两种领域特定语言：一个为了指定指令集（ISA DSL），另一个为了指定cache一致性协议（SLICC）。

4. 标准接口

它是与面向对象相呼应的，它是面向对象的基础。有两个核心的接口，port接口和message buffer接口。Ports用来连接两个memory对象，如CPU与cache，cache与总线，以及总线与设备和memories，并且Ports支持三种访问数据的机制：timing，atomic和functional。而message buffer与Ports类似，也是提供一个标准的通讯接口，不过它在信息归类（message typing）和存储（message storage）上与Ports有一些小差别，不过这并不妨碍在将来将二者合二为一。

（二）再来看一下gem5的模拟功能。

gem5中可以选择不同的指令集架构，CPU模型和一致性协议，也能实现interconnection networks, devices 和 multiple systems。我们可以讲指令集与CPU模型进行组合，当然并不是所有的组合都能正常工作。

gem5可以以两种模式工作：System-call模拟（SE）和Full-System模拟（FS）。在SE中，gem5模拟了大部分通用的系统调用（ 如read() ），不过目前这种模式还没有加入对多线程的支持。在FS中，我们可以运行OS，这样可以支持中断、异常、特权级别、I/O等，也正因为复杂，并不是所有的指令集架构都能支持FS模式。

再来看一下gem5支持的四种CPU模型：AtomicSimple、TimingSimple、InOrder和O3。前两个没有流水线，InOrder有一个in-order流水线，O3是out-of-order流水型的。

如果要深入了解GEM5，这个网站需要吃透——www.gem5.org。