emulation - 如何为仿真提供正确的速度？

Question

我想为运行在 600 左右千赫兹的特别慢的 CPU 编写一个模拟器。如果我以天真的方式为 CPU 编写一个仿真器（即一次仿真一条指令而没有其他任何东西），仿真将比 600 千赫兹快得多。

无论主机的速度如何，如何对模拟器进行编程以以正确的速度模拟 CPU？现实世界的模拟器通常使用什么技术来做到这一点？如何避免抖动减慢仿真速度？

Answer 1

在一个典型的平台上，唯一可用的“周期性事件”是不准确的和低频的，当然不像 0.6MHz。但是使用“慢”计时器（可能是 100Hz 左右），您可以“运行许多短冲刺”，在这之间有足够的时间“休息”，平均而言，您正在模拟每秒的正确周期数。通常可以相当准确地测量时间，因此您可以在每个“冲刺”中准确模拟正确的周期数。

在高层次上，这可能看起来像这样：

int cycle_budget = 0;
time last_sprint = something;

// on timer fire
cycle_budget += (current_time - last_sprint) * clock_rate;
last_sprint = current_time;
while (cycle_budget >= slowest_instruction)
    tick(); // emulates one instruction, subtracts from cycle_budget

有一些明显的变化，例如，您可以让预算变为负数，而不是测试是否有足够的资金来运行慢速指令。或者您可以对指令进行解码，然后测试是否有足够的预算来运行它。这一切都假设一条指令不会花很长时间，但据我所知，这从来都不是问题（即使是像 z80 的字符串指令，它们实际上是通过分支返回并重新执行自身来循环的）。