魂芯分簇VLIW DSP上指令调度的优化

魂芯DSP处理器是一款32 bit静态超标量、分簇结构的、支持SIMD的VLIW处理器。魂芯DSP芯片有4个执行簇和3个内存块,但簇间数据传输和寻址会占用总线带宽。魂芯DSP上每个簇中有大量的计算部件,但是现有的编译器框架中指令调度算法是针对非分簇结构的,无法充分利用魂芯DSP的分簇结构特点,产生出高效的指令级并行代码。根据魂芯处理器架构分簇的特点,提出了在魂芯DSP上进行指令分簇和指令调度的启发式算法,并且在开源Open64编译器框架上进行了实现。实验结果表明,该算法在魂芯DSP编译器上的实现可以显著提高一些在DSP上有着计算密集型程序的性能。     

多簇超长指令字DSP复数运算的编译优化

多簇超长指令字(VLIW)DSP提供了多种复数指令,而编译器不能直接利用这些复数指令来提升编译性能。特此提出一种针对复数运算的编译优化方法,通过将复数操作基本块中加载指令和存储指令前移后置操作使得复数运算操作汇聚成连续操作片寻找复数指令合成的机会。实验结果表明该优化方法能减少复数程序的时钟周期。     

改进的指令总线功耗优化策略

针对编译器系统设计和编译中的低功耗优化,基于可重定向编译器,实现在编译器后端对VLIW指令总线进行功耗优化的策略.通过对编译生成的二进制目标码进行横向再调度来减少指令总线上的高低电位切换次数,达到降低系统功耗的目的.对编译后端的软件流水和超块调度两种性能优化策略进行对比实验,表明其优化效果在30%以上,并且代码的指令级并行性(Instruction Level Parallelism,ILP)与优化效果存在明显的相关性.最后,通过ILP对该策略提出改进,以指令级并行信息指导功耗优化,在功耗优化效果损失不大的前提下,可节省多达20%的算法开销.     

魂芯DSP上复数类型的支持和优化

魂芯DSP是一款采用VLIW和SIMD架构的针对高性能计算领域而设计的32bit静态标量数字信号处理器.为了满足数字高性能计算的性能要求,魂芯DSP提供了丰富的复数指令,而编译器不能直接利用这些复数指令来提升编译性能.因此针对魂芯DSP芯片提供了大量的复数类操作指令的特点,在传统开源编译器Open64的编译框架基础上进行研究,实现了复数作为编译器基础类型和复数运算操作的支持.同时,通过识别特定的复数类操作的模式利用魂芯DSP上的复数类指令对程序编译优化.实验结果表明,该实现方案在魂芯DSP编译器上对复数程序优化后能够取得平均5.28的加速比.     

分簇VLIW DSP调度技术*

分簇VLIW DSP在减少硬件设计复杂性的同时,显著地增加了编译器进行指令调度的难度。提出通过在调度中首先进行指令簇划分然后再簇内调度,这样在增加很少几条拷贝指令的条件下充分利用分簇的特性提高指令的并行度,减小调度时间。     

YHFT-D4汇编器的设计与实现

YHFT-D4是一款具有分簇的VLIW体系结构的DSP，它有多个功能单元，可在单个时钟周期并行地执行多条指令。指令执行的功能单元是哪个，哪些指令并行执行，这些由编译器或程序员静态决定，文章给出了YHFT-D4汇编器的设计和实现方法。     

分簇式VLIW密码专用处理器的编译器后端优化研究

密码专用处理器常采用分簇式超长指令字(Very Long Instruction Word, VLIW)架构,其性能的发挥依赖于编译器的实现.当前对于通用VLIW架构的编译后端优化方案,在密码专用处理器上都有一定的不适应性.为此,本文提出了一种面向密码专用处理器的、同时进行簇指派、指令调度和寄存器分配的编译器后端优化方法.构造“定值-引用”链,求解变量的候选寄存器类型集合交集,确定其寄存器类型;实时评估可用资源,进行基于优先级的指令选择和基于平衡寄存器压力的簇指派;改进线性扫描算法,基于变量的“待引用次数”列表进行实时的寄存器分配.实验结果表明,本方法能够提升生成代码的性能,且算法是非启发式的,减小了编译所需的时间.     

基于整数线性规划的VLIW DSP指令分簇调度

在分簇VLIW DSP上,指令分簇是一项对程序性能有重要影响的编译优化,但现有的指令分簇算法只能处理顺序的程序区域,且难以获得最佳的分簇方案。针对这些问题,提出一种基于整数线性规划的统一指令分簇与指令调度的方法。该方法使用零一决策变量表示函数中指令的分簇、指令的局部调度以及簇间传输指令的全局调度,并将指令之间的依赖关系和对处理器资源的竞争关系构造为线性约束,最终得到一个以最小化函数的估计执行时间为目标的整数线性规划模型。实验结果表明,求解该模型得到的分簇调度方案对程序性能的优化显著强于现有算法,并且求解模型所耗费的时间是可接受的。     

面向VLIW DSP结构的编译器的设计与实现

VLIW编译器实现指令并行性挖掘、相关性检查、指令调度等职能,对VLIW处理器的性能影响较大.本文基于一款VLIW DSP芯片,利用可重定位编译器IMPACT的前端和代码生成器模板,设计和实现了高性能的VLIW编译器.利用伪数据类型和Intrinsic函数结合,在编译器中构建了对SIMD功能的支持.实验结果显示,对比基于GCC版本的编译器,该编译器生成的指令数平均下降42%,并行包数下降30%.     

基于VLIW的机器相关优化编译技术研究

VLIW体系结构性能的发挥在很大程度上依赖于其相应的编译器。编译优化主要包括两个方面:一方面是传统的编译器优化技术;另一方面是针对具体机器平台特定的优化技术。VLIW机器相关的编译优化技术应该针对具体的机器平台,基于超长指令字体系结构的特点,考虑如何充分利用机器提供的硬件资源,以达到软件(编译器)和硬件(CPU)的最大匹配,从而生成高效率高并行度的目标代码。论文从超长指令字的特点出发,探讨了在VLIW体系结构下与机器相关的编译优化的实现方案,同时提出了几点在具体进行与机器相关的优化编译时的关键技术。     

分簇VLIW DSP上支持单双字模式选择的SIMD编译优化

BWDSP100是一款采用超长指令字(VLIW)和单指令多数据流(SIMD)架构的针对高性能计算领域而设计的32位静态标量数字信号处理器,其指令级并行(ILP)主要是通过其特殊的分簇体系结构和SIMD指令来实现,然而现有的编译框架无法对这些特殊的SIMD指令提供支持。由于BWDSP100拥有丰富的SIMD向量化资源,且其所运用的雷达数字信号处理领域对程序的性能要求极高,因此针对BWDSP100结构的特点,在传统Open64编译器中SIMD编译优化框架的基础上提出并实现了一种支持单双字模式选择的SIMD编译优化算法,通过该算法可以显著提高一些在DSP上有着广泛运用计算密集型程序的性能。实验结果表明,与优化前相比,该算法方案在BWDSP编译器上的实现能够平均取得5.66的加速比。     

"银河飞腾"高性能数字信号处理器研究进展

YHFT-DSP/700是2004年研制成功的“银河飞腾”系列超长指令字结构高性能浮点DSP,其主频达238MHz,峰值性能为每秒14亿次浮点运算和19亿条指令·介绍了YHFT-DSP/700的体系结构、设计方法和编译器等关键技术;介绍了同时多线程YHFT-DSP/SMT的体系结构,它可以将DSP的性能提高40%;分析了国际主流高性能DSP的体系结构和发展趋势·     

奇异数据类型的编译支持

专用处理器，如DSP等，因主要支持特定应用，其指令集往往只支持有限的数据类型。在采用高级语言为其编程时，若采用了处理器不支持的奇异数据类型，编译器必须在保持语义的前提下将其转化为处理器支持的一段指令。该文提出了一种在VLIW DSP编译器中实现对奇异数据类型的处理的方法，包括对含有奇异数据类型的中间代码的注释、调度依赖关系的计算、寄存器分配的改进。该类方法对编译器的改动相对较小，效率较高。     

一种支持DSP条件执行指令的编译框架

为克服条件跳转指令的缺陷，新一代超长指令字（VLIW）体系结构的数字信号处理器（DSP）提供了对条件执行指令的支持。为使得此类指令的优势得以充分发挥，该文设计并实现了一种基于hyperblock区域结构的编译框架。实验结果表明，该框架很好地提高了指令级并行虚（ILP），减少了指令执行时间。     

Register spilling via transformed interference equations for PAC DSP architecture

Digital signal processors (DSPs) with very long instruction word (VLIW) data‐path architectures are increasingly being deployed on embedded devices for multimedia processing applications. To reduce the power consumption and design cost of VLIW DSP processors, distributed register files and multibank register architectures are being adopted to reduce the number of read and write ports associated with register files, which presents new challenges for devising compiler optimization schemes. This paper addresses the issues of reducing the spill code for a VLIW DSP with distributed register files. Spill code produced by register allocation is traditionally handled by memory spills, but the multibank register‐file architecture provides the opportunity to spill‐out register values onto different register banks. We present a conceptual framework based on the universal and the proxy interference graphs to model the live ranges of registers for spilling codes to different register banks. Heuristic algorithms are then developed on the basis of this concept. By heuristically estimating the register pressure for each register file, we treat different register banks as optional spilling locations in addition to traditional spilling to memory. Experiments were performed on the parallel architecture core VLIW DSP with distributed register files by incorporating our proposed optimization schemes into an Open64‐based compiler. The experimental results show that our approach can improve the performances on average for DSPStone and MiBench benchmarks with spilling cases by 7.1% and 21.6%, respectively, compared with the one always handling spill code in memory. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于GCC的VLIW编译系统研究

VLIW机器在单个机器周期中同时发射并执行多个的并行操作,从而获得较高的指令级并行度,这些操作之间的依赖分析和调度工作则被完全交给相应的编译器执行,因此VLIW的并行性能能否充分发挥取决于VLIW体系结构相关编译器的质量。GNU开发的GCC是被最广泛使用的编译系统之一,它具有多语言、多平台支持的能力和开放的结构,能够运用各种成熟的常规编译优化技术生成高效的代码。文章分析了VLIW及GCC的结构特点,提出了一种基于GCC的VLIW编译系统设计方案,利用GCC进行RTL中间代码一级的体系结构无关优化和少量体系结构相关优化,在汇编代码一级针对VLIW结构进行体系结构相关的优化,从而充分利用GCC的成熟编译技术快速开发高效的VLIW多语言编译系统。     

一种基于机器描述的VLIW DSP编译技术

VLIW DSP机器由于硬件控制简单，指令的并行性完全在编译时决定，因此编译程序成为基于VLIW DSP机器应用的关键因素。文章描述通过在编译程序中使用目标机器描述技术，提高了编译程序的可重定目标性，减少了生成目标编译程序的难度。     

DSPs实时视频处理中的Cache优化算法研究

在采用并行超长指令字结构的DSP芯片中，CPU处理速度与片外数据存取速度不匹配的问题，导致了CPU处理延时，限制了DSP系统性能的提升，针对这一问题，根据Cache的结构提出一种适宜于在DSPCPU上进行视频数据处理的数据排列新算法，并且将其成功地应用到基于Trimedia PNXl301的MPEG-4程序优化工作中，系统编码结果表明，该方法有效地减少了Cachemiss及片外数据存取的时间开销，在同等条件下，采用本算法后系统编码性能提高2帧／秒(CIF格式)左右。