面向片式结构多核处理器的流编译优化方法研究

摘要

片式结构(Tile)多核处理器以其良好的可扩展性和低能耗性已经成为一种重要的多核架构。数据流编程(Data Flow Programming)作为一种开发并行性的有效方法已经被广泛应用于多核处理器。然而,Tile多核处理器在提供强大的计算能力的同时,将更多的底层细节暴露给编程人员,包括层次性的存储和显式的通信传输等,给 Tile多核处理器上的流编译技术带来了新的问题和挑战。因此,为了提高数据流程序在Tile多核处理器上的执行效率,对Tile多核处理器上的流编译技术进行了相关研究。
　　针对目前数据流模型在理解和编程上的不便,设计并实现了DFBrook数据流编程语言及相应的编译系统。DFBrook对标准C语言语法进行了扩展,提供了对数据流模型编程的支持。程序员可以通过在C代码中加入数据流代码来实现对特定程序模块的数据流执行。编译系统在词语法分析后生成语法树,针对该语法树建立一种中间代码表示——同步数据流图。然后,结合Tile结构多核处理器的结构特点,确立了一个三级优化策略:软件流水调度,存储访问优化和核间映射的通信优化。软件流水调度利用整数线性规划的方法将任务均分到每个处理核上,实现负载均衡。在此基础上,提出了一个混合存储分配算法来充分利用系统上的存储资源并对软件流水中冗余的缓冲区拷贝进行消除,同时,对多核平台上复杂的网络通信进行了优化,进一步减小网络负载,降低通信开销。在三级优化之后,生成面向目标多核平台上的多线程代码。
　　实验以Godson-T为主要的实验平台,选取了数字媒体中典型的算法作为测试程序,对不同的优化策略进行了实验对比与分析。实验结果表明,设计的编译优化策略获得了较大的性能提升。

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1 绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标和所做的工作

1.4 论文的组织结构

2 DFBrook编程语言

2.1 DFBrook语言概述

2.2 DFBrook语法

2.3 同步数据流图与依赖分析

2.4 本章小结

3 Tile多核处理器的流编译优化

3.1 Godson-T体系架构

3.2 Tile多核处理器的流编译框架

3.3 计算资源调度

3.4 存储分配与优化

3.5 核间映射与通信优化

3.6 实验结果与性能评价

3.7 本章小结

4 数据流程序的代码生成

4.1 软件流水代码生成框架

4.2 软件流水代码生成实现

4.3 Profile与代码生成自动化

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录攻读硕士学位期间发表论文