可重構指令集處理器設計中的軟件重定向關鍵技術研究.pdf

1、電子信息技術、網絡技術和硬件工藝的迅猛發(fā)展使得計算機系統(tǒng)越來越復雜。新應用領域的興起對程序與計算能力提出了越來越嚴格的要求，多變的用戶群體使得處理器的執(zhí)行任務具有了高動態(tài)性的特點，而傳統(tǒng)的基于靜態(tài)指令集設計的處理器已經無法滿足這類需要兼顧性能和靈活性兩方面因素的應用需求。為了能夠高效地適應用戶動態(tài)變化的任務需求，可重構指令集處理器應運而生。
　　 可重構指令集處理器將可重構技術應用到專用指令集處理器的實現(xiàn)中，利用可重構邏輯器件的

2、硬件可編程性，針對不同的應用特征自適應地定制其最優(yōu)的執(zhí)行環(huán)境，從而在保有專用指令集處理器優(yōu)點的前提下更有效地滿足嵌入式領域的不同應用要求。由于可重構指令集處理器的指令集能夠在設計完成后根據(jù)應用程序特點進行動態(tài)更改，與傳統(tǒng)的固定指令集的處理器設計有很大的不同。這就使得針對傳統(tǒng)處理器設計的軟件工具鏈不適合于可重構指令集處理器應用程序的開發(fā)，需要有新的設計方法用于構造適應動態(tài)指令集特征的工具鏈，以便充分挖掘系統(tǒng)的處理性能。
　　 本文

3、針對上述的問題，以所設計的支持動態(tài)剖析的可重構指令集處理器為基礎平臺，提出了一個能夠實現(xiàn)軟件工具鏈可重定向設計的開發(fā)方案。該方案在對應用程序進行初始快速編譯后利用仿真器執(zhí)行二進制代碼，通過對執(zhí)行信息的剖析、映射等過程獲得處理器的擴展指令集合。然后利用新的指令集體系結構完成對編譯器和仿真器的可重定向擴展，實現(xiàn)對應用程序的優(yōu)化編譯。所提出的方案能夠保證所設計的可重構指令集處理器在針對不同應用任務進行指令定制和硬件重構后，其上層應用程序開發(fā)模

4、式的一致性和可重用性，滿足對應用程序的兼容性要求，從而能夠提高開發(fā)效率，降低開發(fā)人員的負擔，并且對新的嵌入式處理器的開發(fā)設計和仿真評估具有積極的意義。
　　 在所設計的軟件工具鏈可重定向開發(fā)方案中，剖析機制和編譯代碼生成是整個方案的核心問題，而這兩者之間的聯(lián)系在于實現(xiàn)動態(tài)指令序列與靜態(tài)代碼結構的映射匹配。因此，為了實現(xiàn)針對可重構指令集處理器體系結構的工具鏈可重定向設計，快速有效地生成能夠高性能執(zhí)行的二進制代碼，本文深入地研究了軟

5、件工具鏈可重定向開發(fā)方案中的三個關鍵技術，包括高效的熱點動態(tài)剖析技術、熱點代碼映射匹配機制和編譯后端可重定向實現(xiàn)。
　　 本論文的主要貢獻體現(xiàn)在下述幾個方面：
　　 1)提出了一種適合所設計的具有動態(tài)剖析特性的可重構指令集處理器的軟件工具鏈可重定向開發(fā)方案，融合了熱點剖析、動靜代碼映射及編譯后端重定向等關鍵技術，能很好地適應動態(tài)變化的軟硬件環(huán)境，提高開發(fā)效率。
　　 2)研究了一種基于路徑剖析的可配置熱點剖析機制

6、。其與處理器松散耦合，不需了解處理器微體系結構信息而完成剖析。同時，兼具對全過程剖析和采樣剖析的支持，能夠針對不同的應用需求而采取不同的剖析方案，使得用戶可以權衡剖析準確度和剖析開銷兩方面的因素而作出選擇。
　　 3)研究了一種基于代數(shù)多項式表示的動-靜代碼映射匹配算法。該算法利用代數(shù)多項式來表示代碼中的基本塊乃至函數(shù)體與循環(huán)體等結構，在此基礎上結合串匹配和多層次搜索的思想，通過多項式搜索匹配的方法實現(xiàn)動態(tài)序列表示與靜態(tài)代碼多項