組込みプロセッサの命令セット拡張に適したソフトウェア開発ツール生成手法

摘要

組込みプロセッサの命令セット拡張およびレジスタの追加に適したソフトウェア開発ツール生成手法を提案する．本手法では，基本となるソフトウェア開発ツールに対してプラグインを追加することによって，ベースレジスタへ追加された命令セットやレジスタを適切に扱えるソフトウェア開発ツールを生成する．生成可能なソフトウェア開発ツールは，コンパイラ，アセンブラ，逆アセンブラ，命令レベルシミュレータなどである．本手法で生成されるコンパイラでは，追加命令に一対一に対応する組込み関数（intrinsic function）を用いて記述されたC言語のソースコードに対してコード生成を行う．従来のツール生成手法と比較して，本手法では，GNU ツールチェーンに対応したプロセッサをべ-スのプロセッサとして使用可能であること，コンパイラを含むツールチェーンを生成可能である こと，が特徴である．本手法の有用性を示すために，組込み向けプロセッサであるV850 にSIMD 命令を追加する場合について評価を行った．SIMD 命令をアセンブラで直接記述したプログラムと，組込み関数を使ってC 言語で記述したプログラムとについて，本手法で生成したソフトウェア開発ツールを用いて実行命令数を比較した．実験の結果，本手法を用いて生成されたコンパイラは，人手によるアセンブラ記述と比較して，実行命令数が平均でわずか7%程度の増加という良質なコードを生成できることが確認された．%This paper proposes a method of software development tool generation suitable for instruction set extension of existing embedded processors. The key idea in the proposed method is to enhance a base processor's toolchain by adding plugins, which are software components that handle additional instructions and registers. The proposed method can generate a compiler, assembler, disassebler, and instruction set simulator. Generated compilers with the plugins provide intrinsic functions that are translated directly into the new instructions. To demonstrate that the proposed method works effectively, this paper presents an experimental result of the proposed method in the study of adding SIMD instructions to the embedded microprocessor V850. In the experiment, by using intrinsic functions, the compiler generated good code with only 7% increase in the number of instructions against the hand-optimized assembly codes.