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QEMU 实现新指令

news 2025/10/25 13:35:57

DecodeTree机制

DecodeTree是QEMU在17年引入的机制，在给riscv板卡实现新指令的时候引入的。

DecodeTree简化了指令格式的定义以及指令解析函数的实现。通过在.decode文件里面使用特定格式定义指令和指令格式，decodetree机制会通过脚本自动生成对应的解析函数。

DecodeTree的详细格式
Link，可以当manual，编程的时候查看:

汉化文档： https://gevico.github.io/learning-qemu-docs/ch2/sec2/qemu-accel-tcg/tcg-add-guest-insn/
全英官方： https://www.qemu.org/docs/master/devel/decodetree.html
汉化文档（内容和第一个差不多吧）： https://lifeislife.cn/posts/qemu-decodetree详解/

例如添加这个指令，符合R-Type格式（应该是RISC-V里面的一种通用的指令格式）

31      25 24    20 19    15 14     12  11                7 6     0
+---------+--------+--------+----------+-------------------+-------+
|  func7  |  rs2   |  rs1   |  funct3  |         rd        | opcode| R-type
+---------+--------+--------+----------+-------------------+-------+6                           6                          0x7b
+---------+--------+--------+----------+-------------------+-------+
| 0000110 |  rs2   |  rs1   |    110   |         rd        |1111011| dma
+---------+--------+--------+----------+-------------------+-------+

在insn32.decode添加指令信息的定义，我们直接复用R-type的指令解析定义@r

dma         0000110  ..... ..... 110 ..... 1111011 @r

下面的内容是insn32.decode里面已经有的，不用自己添加
@r的定义如下

# Formats 32:
@r       .......   ..... ..... ... ..... ....... &r                %rs2 %rs1 %rd

意思是从32位指令里提取出rs2 rs1 和 rd

然后rs2 rs1和rd的字段定义以及r-type的format sets定义如下：

# Format sets
&r    rd rs1 rs2# Fields
%rs2       20:5
%rs1       15:5
%rd        7:5

rs2表示从20位开始，大小为5位。其他的类似意思。

实现指令逻辑

指令的逻辑实现在后缀为.c.inc的文件中

可以仿照其他的.c.inc文件编写指令的逻辑

在.c.inc文件里面使用定义的helper函数，在定义helper函数的宏指定的函数名前面加一个gen_helper_前缀。

比如定义

DEF_HELPER_4(dma, void, env, tl, tl, tl)

那么使用这个dma helper函数需要调用gen_helper_dma(...)

.c.inc文件的语法好像和C是一致的

例如：

static bool trans_dma(DisasContext *ctx, arg_dma *a)
{TCGv dst = get_gpr(ctx, a->rd, EXT_NONE);TCGv src = get_gpr(ctx, a->rs1, EXT_NONE);TCGv gran = get_gpr(ctx, a->rs2, EXT_NONE);gen_helper_dma(tcg_env, dst, src, gran);return true;
}

helper函数

指令实现需要使用到的helper函数在xxx_helper.c里面实现，在helper.h里面声明这些helper函数，使用QEMU提供的一类宏DEF_HELPER_[n]()。这个n是参数的数量。宏的第一个参数是helper的名字，第二个参数是函数返回值类型，之后的参数是函数的参数类型。
宏定义出来的函数名是第一个参数加上前缀helper_

如果helper函数里面需要传入State，那么用env标记。需要传入整型，使用i32或者使用tl表示目标架构的机器位宽。使用ptr表示传入一个void*指针

如果新增了xxx_helper.c，需要在QEMU的构建系统里面添加这个新的文件。QEMU使用meson构建，在同级目录下面的meson.build里面仿照其他文件添加的形式添加新文件。

在xxx_helper.c里面实现helper函数需要使用HELPER(name)宏来定义函数签名

例如

// helper.h
DEF_HELPER_4(dma, void, env, tl, tl, tl)// xxx_helper.c
void HELPER(dma)(CPURISCVState *env, target_ulong dst, target_ulong src, target_ulong gran)
{int size = 8 << gran;for (int i = 0; i < size; i++) {for (int j = 0; j < size; j++) {uint32_t val = cpu_ldl_data(env, src + (i * size + j) * sizeof(uint32_t));cpu_stl_data(env, dst + (j * size + i) * sizeof(uint32_t), (uint32_t)val);}}
}