Как работают эмуляторы и как они написаны? [закрытый]

парень по имени Виктор Мойя дель Баррио написал свою диссертацию на эту тему. Много хорошей информации на 152 страницах. Вы можете скачать PDF здесь.

Если вы не хотите регистрироваться в scribd, вы можете google для названия PDF, "изучение методов эмуляционного программирования". Есть несколько различных источников для PDF.

эмуляция может показаться сложной, но на самом деле намного проще, чем имитировать.

любой процессор обычно имеет хорошо написанную спецификацию, которая описывает состояния, взаимодействия и т. д.

Если вы не заботитесь о производительности вообще, то вы можете легко эмулировать большинство старых процессоров, используя очень элегантные объектно-ориентированные программы. Например, процессору X86 потребуется что-то для поддержания состояния регистров (легко), что-то для поддержания состояния памяти (легко), и что-то, что будет принимать каждую входящую команду и применять ее к текущему состоянию машины. Если вы действительно хотите точности, вы также будете эмулировать переводы памяти, кэширование и т. д., но это выполнимо.

на самом деле, многие производители микросхем и процессоров тестируют программы против эмулятора чипа, а затем против самого чипа, что помогает им выяснить, есть ли проблемы в спецификациях чипа или в фактической реализации чипа в аппаратура. Например, можно написать спецификацию чипа, которая приведет к блокировкам, и когда в аппаратном обеспечении наступает крайний срок, важно увидеть, может ли она быть воспроизведена в спецификации, поскольку это указывает на большую проблему, чем что-то в реализации чипа.

конечно, эмуляторы для видеоигр обычно заботятся о производительности, поэтому они не используют наивные реализации, а также включают код, который взаимодействует с ОС хост-системы, для пример использования рисования и звука.

учитывая очень медленную производительность старых видеоигр (NES / SNES и т. д.), эмуляция довольно проста в современных системах. На самом деле, еще более удивительно, что вы можете просто загрузить набор каждой игры SNES когда-либо или любой игры Atari 2600 когда-либо, учитывая, что когда эти системы были популярны, имея свободный доступ к каждому картриджу, было бы мечтой.

Я знаю, что этот вопрос немного устарел, но я хотел бы добавить что-то к обсуждению. Большинство ответов здесь вокруг эмуляторов интерпретации машинных систем им подражать.

однако есть очень известное исключение из этого, называемое "UltraHLE" (статья в Википедии). UltraHLE, один из самых известных эмуляторов, когда-либо созданных, эмулировал коммерческие игры Nintendo 64 (с приличной производительностью на домашних компьютерах) одновременно когда это считалось невозможным. На самом деле, Nintendo все еще производила новые названия для Nintendo 64, когда UltraHLE был создан!

впервые я увидел статьи об эмуляторах в печатных журналах, где раньше я видел их только в интернете.

концепция UltraHLE заключалась в том, чтобы сделать возможным невозможное, эмулируя вызовы библиотеки C вместо вызовов машинного уровня.

Что-то стоит взглянуть на попытку Имрана Назара написать Gameboy эмулятор в JavaScript.

создав свой собственный эмулятор микрокомпьютера BBC 80-х годов (введите VBeeb в Google), есть много вещей, чтобы знать.

• вы не подражаете реальной вещи как таковой, это была бы копия. Вместо этого вы подражаете государство. Хорошим примером является калькулятор, реальная вещь имеет кнопки, экран, корпус и т. д. Но для эмуляции калькулятора вам нужно только эмулировать, находятся ли кнопки вверх или вниз, какие сегменты ЖК-дисплея включены и т. д. В основном, набор чисел, представляющих все возможные комбинации вещей, которые могут измениться в калькуляторе.
• вам нужен только интерфейс эмулятора, чтобы появиться и вести себя как настоящая вещь. Чем убедительнее это утверждение, тем ближе эмуляция. То, что происходит за кулисами, может быть чем угодно. Но для удобства написания эмулятора существует ментальное отображение, которое происходит между реальной системой, т. е. чипами, дисплеями, клавиатурами, печатными платами и абстрактным компьютером код.
• чтобы эмулировать компьютерную систему, проще всего разбить ее на более мелкие куски и эмулировать эти куски по отдельности. Затем все соединить вместе для готового продукта. Очень похоже на набор черных ящиков с входами и выходами, который прекрасно подходит для объектно-ориентированного программирования. Вы можете далее разделить эти куски, чтобы сделать жизнь проще.

практически говоря, вы вообще хотите писать для скорости и верности соревнование. Это связано с тем, что программное обеспечение в целевой системе будет (может) работать медленнее, чем исходное оборудование в исходной системе. Это может ограничить выбор языка программирования, компиляторов, целевой системы и т. д.
Кроме того, вы должны ограничить то, что вы готовы эмулировать, например, не обязательно эмулировать состояние напряжения транзисторов в микропроцессоре, но, вероятно, необходимо эмулировать состояние набора регистров микропроцессор.
Вообще говоря, чем меньше уровень детализации эмуляции, тем больше верности вы получите в исходной системе.
Наконец, информация о старых системах может быть неполной или отсутствовать. Поэтому важно заполучить оригинальное оборудование или, по крайней мере, разделить еще один хороший эмулятор, который кто-то написал!

Да, вы должны интерпретировать весь двоичный машинный код беспорядок "вручную". Мало того, большую часть времени вам также приходится имитировать какое-то экзотическое оборудование, которое не имеет эквивалента на целевой машине.

простой подход заключается в интерпретации инструкций один за другим. Это работает хорошо, но медленно. Более быстрым подходом является перекомпиляция-перевод исходного машинного кода в целевой машинный код. Это сложнее, так как большинство инструкций не будут отображаться один на один. Вместо этого вам придется сделать сложные обходные пути, которые включают дополнительный код. Но в конце концов это гораздо быстрее. Большинство современных эмуляторов делают это.

когда вы разрабатываете эмулятор, вы интерпретируете сборку процессора, над которой работает система (Z80, 8080, PS CPU и т. д.).

вам также нужно эмулировать все периферийные устройства, которые есть в системе (видеовыход, контроллер).

вы должны начать писать эмуляторы для систем simpe, таких как старый добрый Игра Мальчик (которые используют процессор Z80, я не ошибаюсь) или для C64.

эмулятор очень трудно создать, так как есть много хаков (как в необычных эффекты), вопросы синхронизации и т. д., которые вам нужно имитировать.

пример этого см. В разделе http://queue.acm.org/detail.cfm?id=1755886.

Это также покажет вам, почему вам "нужен" процессор с несколькими ГГц для эмуляции 1 МГц.

также проверьте Darek Mihoca's Emulators.com для больших советов по оптимизации на уровне инструкций для Джитов и многих других лакомств по созданию эффективных эмуляторов.

Я никогда не делал ничего настолько причудливого, чтобы эмулировать игровую консоль, но однажды я взял курс, где было задание написать эмулятор для машины, описанной в Andrew Tanenbaums Архитектура Компьютера. Это было весело и дало мне много моментов ага. Возможно, вы захотите взять эту книгу перед погружением в написание реального эмулятора.

советы по эмуляции реальной системы или свое дело? Я могу сказать, что эмуляторы работают, эмулируя все оборудование. Может быть, не до схемы (как движущиеся биты вокруг, как HW. Перемещение байта является конечным результатом, поэтому копирование байта в порядке). Эмулятор очень сложно создать, так как есть много хаков (как в необычных эффектах), проблемы с синхронизацией и т. д., которые вам нужно имитировать. Если одна (входная) часть неверна, вся система может сделать вниз или в лучшем случае иметь ошибку/Глюк.

на Эмулятор Общего Исходного Устройства содержит встроенный исходный код для эмулятора PocketPC/Smartphone (требуется Visual Studio, работает в Windows). Я работал над V1 и V2 двоичного выпуска.

Это решает многие проблемы эмуляции : - эффективный перевод адреса от гостя виртуального к гостю физическому для размещения виртуального - JIT-компиляция гостевая код - моделирование периферийных устройств, таких как сетевые адаптеры, сенсорный экран и аудио - Интеграция UI, для хоста клавиатура и мышь - сохранение / восстановление состояния, для моделирования резюме из маломощного режима

добавить ответ, предоставленный @Cody Brocious
В контексте виртуализации, где вы эмулируете новую систему (CPU , I/O и т. д. ) на виртуальную машину, мы можем увидеть следующие категории эмуляторов.

интерпретация: bochs-пример интерпретатора, это эмулятор ПК x86, он принимает каждую инструкцию от гостевой системы, переводит ее в другой набор инструкций( хоста ISA) для получения предполагаемого эффекта.Да, это очень медленно , он ничего не кэширует поэтому каждая инструкция проходит через один и тот же цикл.

Dynamic emalator: Qemu-это динамический эмулятор. Он делает на лету перевод гостевой инструкции также кэширует результаты.Лучшая часть заключается в том, что выполняет как можно больше инструкций непосредственно на хост-системе, чтобы эмуляция была быстрее. Также, Как упоминалось Коди, он делит код на блоки (1 одиночный поток выполнения).

статический эмулятор: насколько я знаю, нет статического эмулятора, который может быть полезен в виртуализация.

Как я бы начал эмуляцию.

1.Получите книги, основанные на программировании низкого уровня, вам это понадобится для "притворной" операционной системы Nintendo...гейм бой...

2.Получить книги по эмуляции конкретно, и, возможно, разработка ОС. (вы не будете делать ОС, но ближе всего к нему.

3.посмотрите на некоторые эмуляторы с открытым исходным кодом, особенно те из системы, для которых вы хотите сделать эмулятор.

4.скопируйте фрагменты более сложного кода в ваш IDE / compliler. Это избавит вас от необходимости писать длинный код. Это то, что я делаю для разработки ОС, используйте район linux

Я написал статью о подражании система Chip-8 в JavaScript.

Это отличное место для начала, так как система не очень сложная, но вы все равно узнаете, как работают опкоды, стек, регистры и т. д.

скоро я напишу более длинное руководство для NES.