面向分簇结构的编译器后端设计与优化

摘要

在传统的VLIW处理器内部，众多计算资源通常集中在某个功能单元内。随着处理器发射宽度的增加，每个周期内单个功能单元访问数量激增，带来了系统主频降低、功耗上升等问题。在这种情况下，分簇结构通过将集中的计算资源分散在多个功能单元上，并借助编译器划分指令流到多个簇上并行执行，提高了系统主频，降低了功耗和处理器设计复杂度。分簇结构一般为：用多个独立的寄存器文件代替单个集中的寄存器文件；每个独立的寄存器文件与其私有的功能单元相连而组成一个簇。簇与簇之间采用簇间总线传送数据。分簇结构下的编译器在代码生成阶段指定每条指令在哪个簇上执行。因此，编译器分簇功能的设计决定了分簇结构硬件效率的发挥。在IMPACT编译器的基础上，本文研究了面向分簇结构的BWDSP处理器的编译器后端设计。研究工作主要包括：
　　 ⑴研究移植IMPACT编译器后端到BWDSP的方法和过程。
　　 ⑵对异构簇-BWDSP的地址生成单元(Address-generation-unit)的优化。主要是地址操作的识别和优化。
　　 ⑶对同构簇-BWDSP的计算簇的优化。主要包括：①对程序中的无迭代间依赖的循环采用基于循环分解的多簇下单指令多数据(SIMD)指令的优化。②对程序中其它部分采用基于component的分簇优化。
　　 ⑷研究了对BWDSP实现软件流水编译优化的方法，讨论了无异常读指令(silent-load)对提高软件流水性能的重要性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2指令级并行

1.3分簇的体系结构

1.4分簇对编译器的挑战

1.5研究背景和现状

1.5.1当前主流的编译器简介

1.5.2分簇结构编译器的研究现状

1.6论文将要解决的问题

第2章BWDSP体系结构简介

2.1 bwdsp体系结构

2.2 bwdsp特殊结构对codegen的要求

2.3小结

第3章移植openimpact编译器到BWDSP

3.1 impact的IR

3.1.1 Pcode

3.1.2 Lcode

3.1.3机器无关的优化介绍

3.2 IMPACT的后端移植

3.2.1指令注释

3.2.2指令调度

3.2.3寄存器分配

3.2.4机器规格(MachineSpec)描述

3.2.5机器描述

3.3小结

第4章BWDSP的分簇研究

4.1地址操作的识别与优化

4.1.1准备阶段

4.1.2地址操作识别

4.1.3地址操作优化

4.1.4算法实例分析：

4.1.5实验评测

4.2 BWDSP上簇间的SIMD指令优化

4.2.1判断循环是否适合采用簇间SIMD指令优化

4.2.2循环分解

4.2.3簇间SIMD指令形成

4.3基于component的分簇算法

4.3.1基于component的分簇算法

4.3.2针对bwdsp的分簇算法的总结

4.3.3实验评测

4.4小结

第5章软件流水

5.1针对BWDSP软件流水

5.2模变量扩展与load异常处理

5.3小结

第6章总结与未来展望

6.1总结

6.2未来展望

参考文献

参加的科研项目和发表的论文

致谢