面向媒體處理器可重定目標(biāo)編譯器的設(shè)計(jì)研究.pdf

1、該文針對(duì)作者參加的國(guó)家863超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)重大專(zhuān)項(xiàng)"SOC中32位數(shù)字信號(hào)處理器芯片開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)平臺(tái)技術(shù)研究"項(xiàng)目,對(duì)編譯系統(tǒng)中的可重定目標(biāo)編譯器和匯編器的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、目標(biāo)代碼優(yōu)化以及編譯系統(tǒng)的驗(yàn)證進(jìn)行了研究和探討.面向媒體處理器的可重定目標(biāo)編譯系統(tǒng)包括C編譯器、匯編器、鏈接器、以及軟件仿真器,該文主要研究可重定目標(biāo)編譯器和匯編器的構(gòu)建技術(shù)和目標(biāo)代碼優(yōu)化,以及對(duì)C編譯器和匯編器驗(yàn)證的研究.編譯前端的實(shí)現(xiàn)技術(shù)包括詞法分析、語(yǔ)法語(yǔ)義分析

2、和中間代碼生成技術(shù)等,針對(duì)ANSI C的程序結(jié)構(gòu),分別設(shè)計(jì)了函數(shù)、塊、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、類(lèi)型、表達(dá)式、標(biāo)識(shí)符等語(yǔ)法樹(shù)結(jié)點(diǎn),并將語(yǔ)法樹(shù)分成編譯層次、函數(shù)聲明和塊三個(gè)不同層次,使語(yǔ)法樹(shù)具有清晰的層次結(jié)構(gòu),有利于編譯程序的語(yǔ)法和語(yǔ)義分析,以及從語(yǔ)法樹(shù)到RTL中間表示的轉(zhuǎn)換.可重定目標(biāo)編譯器主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容:中間表示、機(jī)器描述和編譯主體與機(jī)器描述之間的接口技術(shù).該文以自行開(kāi)發(fā)的32位媒體處理器MD32為目標(biāo)機(jī)器,提出了可重定目標(biāo)編譯器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),

3、并就構(gòu)成可重定目標(biāo)編譯器的三個(gè)主要組成部分進(jìn)行了分析和研究.重點(diǎn)研究了機(jī)器描述與代碼生成之間的關(guān)系、如何選用合適的中間表示進(jìn)行目標(biāo)機(jī)器指令系統(tǒng)的描述、樹(shù)模式匹配的目標(biāo)代碼生成技術(shù)等.除了窗口尋址方式和比特反轉(zhuǎn)尋址方式以外,開(kāi)發(fā)的C編譯器已能夠面向媒體處理器MD32生成匯編代碼.在可重定目標(biāo)編譯器中,通過(guò)指令模板匹配生成目標(biāo)代碼的方式限制了高效的并行指令的生成,同時(shí),并行指令的操作數(shù)類(lèi)型與單操作指令的要求不一致也是限制并行指令生成的一個(gè)重

4、要因素.該文在分析了上述兩個(gè)限制并行指令生成的主要因素以及很難在編譯器中實(shí)現(xiàn)并行指令生成的基礎(chǔ)上,提出了在匯編級(jí)檢查指令的操作數(shù)類(lèi)型,通過(guò)插入Lw或Sw指令來(lái)改變操作數(shù)類(lèi)型及指令調(diào)度的方法,能夠有效的生成并行指令,提高了代碼運(yùn)行效率和代碼密度.統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明:代碼執(zhí)行效率平均可以提高14％,而代碼密度平均提高11.75％.在媒體處理應(yīng)用程序代碼中存在著相當(dāng)多的局部變量,這些局部變量的使用范圍(生存期)通常都很小.相關(guān)指令在流水中需要局部變

5、量的值可以直接從旁路邏輯中得到,并在流水中完成局部變量值的全部使用.基于軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的思想,在研究局部變量生存期算法的基礎(chǔ)上,該文提出了通過(guò)編譯器指令編碼實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件結(jié)構(gòu)的使能控制,即控制流水輸出結(jié)果是否寫(xiě)回寄存器文件,以減少對(duì)寄存器文件的寫(xiě)次數(shù),從而降低寄存器文件端口的讀寫(xiě)壓力.軟件仿真結(jié)果表明,對(duì)DSP中不同的應(yīng)用程序平均可以減少94％的寄存器文件寫(xiě)次數(shù).該文最后對(duì)編譯系統(tǒng)的驗(yàn)證進(jìn)行了研究,提出引入?yún)⒖季幾g器和參考仿真器的測(cè)試方法,