CPU密結合型アクセラレータの機械語プログラムからの自動合成

摘要

本稿では，機械語プログラムの指定区間をCPU密結合型アクセラレータに合成する手法を提案する．CPU 密結合型アクセラレータは，CPUのプログラムカウンタが特定番地に達すると起動し，処理が終わるとプログラムカウンタに復帰番地を書き込むことによりCPUに制御を戻す．また，アクセラレータはCPUのレジスタファイルやメモリに直接アクセスすることによりCPUとのデータ授受を行う．本手法では，機械語プログラムの指定部分を制御付きデータフローグラフに変換し，これにレジスタファイルアクセス演算やプログラムカウンタ更新演算を挿入した後，高位合成のバックエンドによりハードウェアを合成する．本稿では，機械語プログラム全体にデータフロー解析を行って，不要なレジスタファイルアクセス演算の挿入を抑制するとともに，アクセラレータとCPUの実行切り替え時のパイプラインの状態まで考慮した効率的な演算のスケジューリングを行う．本手法を高位合成システムACAPに実装し，評価実験を行った．その結果，CPUにその約0.5倍から約1.4倍のハードウェアを追加することにより，プログラム全体の実行速度を約1.5倍から3倍に高速化することができた．