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LATX (LoongArch Architecture Translator for x86)

LATX（LoongArch Architecture Translator for x86）即龙芯 x86 架构转译器，是 一个面向 LoongArch 架构的高性能用户级二进制翻译器，用于在龙架构系 统上高效地运行 32/64 位 x86 应用程序。

LATX 基于 QEMU 6 版本开发并进行了深度优化，性能相比原生 QEMU 有显著提升。 项目利用龙架构的各指令集扩展（如向量扩展和二进制转译指令集）对 X86 指令集 进行了高效翻译，并采用了AOT（Ahead-of-Time ）预编译、运行时库直通等关键优 化技术，其中库直通优化思想借鉴及引用了 box64 项目的部分源码。

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提交规范

提交规范（中文）

配置信息

配置信息

项目背景

在 LoongArch 架构生态建设过程中，运行已有的 x86 程序存在兼容性和性能瓶颈， 原生 QEMU 等模拟器在性能和兼容性上并不能完全满足需求。因此，我们在 QEMU 6 的基础上进行了二次开发，通过引入预编译、库直通以及其他针对性优化，大幅减少 了指令翻译和执行的开销，努力实现“更快、更稳定、更兼容”的目标。

历史演进

项目历经多个开发阶段：

  • 2021 年：项目启动，完成 LATX 到 QEMU 6 的移植，Q3 项目进入 Alpha 阶段。
  • 2022 年：支持库直通等优化，Q3 项目进入到 Beta 阶段。
  • 2023 年：持续完善系统调用等接口的支持，以及更细致的指令优化。
  • 2024 年：项目进入到 RC 阶段。

项目结构

为保证历史代码呈现的更为简洁，我们在该仓库中将 LATX 的近两千次提交合并为一次提交。

下面是本项目的主要目录结构:

lat
├── ...
├── latxbuild/                           # 编译脚本
├── target/
│   └── i386/
│       └── latx/
│           └── context/                 # 库直通相关
│           └── convert.py               # 生成 LA 指令函数模板
│           └── ir1/
│               └── ir1.c                # IR1：x86 指令 IR 表示
│           └── ir2/
│               └── ir2.c                # IR2：LA 指令 IR 表示
│               └── ir2-relocate.c       # label 处理等逻辑
│               └── la-append.c          # 项目编译后由 convert.py 生成
│               └── ir2-assemble.c
│           └── latx-options.c           # LATX 功能选项设置
│           └── optimization/
│               └── flag-reduction.c     # TB 内 eflags 消除优化
│               └── hbr.c                # 寄存器高位计算优化
│               └── imm-cache.c          # 立即数加载优化
│               └── insts-pattern.c      # 语义级指令组合优化翻译
│               └── ir1-optimization.c   # IR1 层面优化扫描函数
│               └── ir2-optimization.c   # IR2 层面指令调度函数
│               └── tu.c                 # TU 翻译单元优化
│               └── ...
│           └── sbt/                     # AOT 相关
│           └── translator/              # 翻译函数
│               └── tr-logic.c           # 逻辑运算指令翻译函数
│               └── tr-arith.c           # 算术运算指令翻译函数
│               └── ...
│           └── wrapper/                 # 库直通相关
│           └── ...
├── ...
└── README.rst                           # 本文档

主要贡献人员

有非常多的伙伴对本项目的成长做出了贡献，下面是代码提交量 Top10 的贡献人员。

  1. Lu Zeng <luzeng87@gmail.com>
    • 项目 Owner，发起并领导着整体设计与架构
    • 推动性能优化的方案、评估与落地
    • 贡献众多兼容性与优化工作
  2. Hanlu Li <heuleehanlu@gmail.com>
    • 项目 Maintainer
    • 16K 兼容方案影子页模块的作者
    • 贡献众多兼容性与优化工作
  3. Wenqiang Wei <weiwenqiang@mail.ustc.edu.cn>
    • AOT 模块开发者之一，该模块的维护者
    • TU 优化开发者之一，该优化的维护者
    • 影子页模块维护者
  4. Jing Li <654224414@qq.com>
    • AOT 早期开发者
    • 库直通模块维护者
  5. Qi Hu <spcreply@outlook.com>
    • eflags 消除相关优化主要作者
  6. Yanzhi Lan <lanyanzhi19@mails.ucas.ac.cn>
    • TU 优化开发者之一
    • 贡献很多指令级优化
  7. Chaoyi Liu <lcy285183897@gmail.com>
    • insts-pattern 优化维护者
    • 指令级测试负责人
  8. Jinyang Shen <2509109915@qq.com>
    • 早期开发人员
    • Capstone 模块部分优化工作
  9. Rengan Yue <y347812075@163.com>
    • 软浮点模块及相关优化维护者
  10. Xiaotian Wu <yetist@gmail.com>
    • 新世界适配

同时感谢在文档编写、社区管理、流程搭建、版本测试等方面做出贡献的所有伙伴。

编译

STEP1:

git clone --depth=1 --recursive https://github.com/lat-opensource/lat
cd lat

STEP2:

  • debian
apt install -y git ninja-build libssl-dev libc6 gcc g++ pkg-config libglib2.0-dev libdrm-dev lsb-release make python3-setuptools
  • Arch Linux
pacman -S --noconfirm ninja gcc pkgconf python3 python-setuptools openssl-static openssl
  • 安同 OS (AOSC OS)
oma install -y gcc nettle pcre2 libffi gnutls glib zlib glib-static libgcrypt-static libgpg-error-static libnfs-static pcre-static zlib-static zstd-static openssl-static pkg-config ninja

STEP3:

./latxbuild/build-release.sh

AVX指令支持

编译支持AVX指令的版本需要在编译时添加参数 例如：

./latxbuild/build64.sh -c -a

为满足软件兼容性相关需求，LATX上报AVX指令相关CPUID信息需要单独设置：

export LATX_AVX_CPUID=1

未来规划（TODO）

项目未来的优化与完善方向包括但不限于：

  • [ ] 支持更复杂的 x86 指令集扩展（如 AVX）。
  • [ ] 进一步提升库直通优化的覆盖范围。
  • [ ] 提供详细的性能分析工具链，帮助开发者快速定位性能瓶颈。
  • [ ] 维护更详细的文档与使用指南。

欢迎大家通过 Issues 等方式讨论新特性需求、Bug 反馈以及优化思路。我们期待更 多开发者与社区力量的加入，一同推进 LoongArch 生态建设！

许可证

本项目基于 QEMU 源代码进行二次开发，原始项目遵循 GNU 通用公共许可证第 2 版 （GNU General Public License, version 2，简称 GPLv2）发布。

因此，本项目同样遵循 GPLv2 协议。

致谢

特别鸣谢 QEMU 项目与 box64 项目及开发者，他们的开源成果为本项目提供了宝贵 的参考与支持。

如有任何问题或建议，欢迎通过 Issue 与我们交流！