Tese de Doutoramento em Engenharia Eletrónica e de Computadores (PDEEC)Dynamic binary translation (DBT) has emerged as an execution engine that monitors,
modifies and possibly optimizes running applications for specific purposes.
DBT is deployed as an execution layer between the application binary and the operating
system or host-machine, which creates opportunities for collecting runtime
information. Initially, DBT supported binary-level compatibility, but based on the
collected runtime information, it also became popular for code instrumentation,
ISA-virtualization and dynamic-optimization purposes.
Building a DBT system brings many challenges, as it involves complex components
integration and requires deep architectural level knowledge. Moreover, DBT incurs
in significant overheads, mainly due to code decoding and translation, as well as
execution along with general functionalities emulation. While initially conceived
bearing in mind high-end architectures for performance demanding applications,
such challenges become even more evident when directing DBT to embedded systems.
The latter makes an effective deployment very challenging due to its complexity,
tight constraints on memory, and limited performance and power. Legacy
support and binary compatibility is a topic of relevant interest in such systems,
due to their broad dissemination among industrial environments and wide utilization
in sensing and monitoring processes, from yearly times, with considerable
maintenance and replacement costs.
To address such issues, this thesis intents to contribute with a solution that leverages
an optimized and accelerated dynamic binary translator targeting resourceconstrained
embedded systems while supporting legacy systems.
The developed work allows to: (1) evaluate the potential of DBT for legacy support
purposes on the resource-constrained embedded systems; (2) achieve a configurable
DBT architecture specialized for resource-constrained embedded systems;
(3) address DBT translation, execution and emulation overheads through the combination
of software and hardware; and (4) promote DBT utilization as a legacy
support tool for the industry as a end-product.A tradução binária dinâmica (TBD) emergiu como um motor de execução que
permite a modificação e possível optimização de código executável para um determinado
propósito. A TBD é integrada nos sistemas como uma camada de execução
entre o código binário executável e o sistema operativo ou a máquina hospedeira
alvo, o que origina oportunidades de recolha de informação de execução.
A criação de um sistema de TBD traz consigo diversos desafios, uma vez que envolve
a integração de componentes complexos e conhecimentos aprofundados das
arquitecturas de processadores envolvidas. Ademais, a utilização de TBD gera diversos
custos computacionais indirectos, maioritariamente devido à descodificação
e tradução de código, bem como emulação de funcionalidades em geral. Considerando
que a TBD foi inicialmente pensada para sistemas de gama alta, os
desafios mencionados tornam-se ainda mais evidentes quando a mesma é aplicada
em sistemas embebidos. Nesta área os limitados recursos de memória e os exigentes
requisitos de desempenho e consumo energético,tornam uma implementação eficiente
de TBD muito difícil de obter. Compatibilidade binária e suporte a código
de legado são tópicos de interesse em sistemas embebidos, justificado pela ampla
disseminação dos mesmos no meio industrial para tarefas de sensorização e monitorização
ao longo dos tempos, reforçado pelos custos de manutenção adjacentes
à sua utilização.
Para endereçar os desafios descritos, nesta tese propõe-se uma solução para potencializar
a tradução binária dinâmica, optimizada e com aceleração, para suporte a
código de legado em sistemas embebidos de baixa gama.
O trabalho permitiu (1) avaliar o potencial da TBD quando aplicada ao suporte
a código de legado em sistemas embebidos de baixa gama; (2) a obtenção de
uma arquitectura de TBD configurável e especializada para este tipo de sistemas;
(3) reduzir os custos computacionais associados à tradução, execução e emulação,
através do uso combinado de software e hardware; (4) e promover a utilização na
industria de TBD como uma ferramenta de suporte a código de legado.This thesis was supported by a PhD scholarship from Fundação para a Ciência e
Tecnologia, SFRH/BD/81681/201
