一种面向VLIW芯片的线性指令调度算法

VLIW是DSP芯片上使用最多的一种技术,要发挥DSP芯片的性能优势,需要编译器的支持.目前关于VLLW技术的研究主要集中在如何形成更长的基本块,以及基本块之间的代码优化算法上,对于如何选择指令从而形成一个超长指令字的算法,却没有仔细地描述和实现,但这是在编译器的指令调度模块中需要具体考虑的问题,具有工程实践意义.本文通过改进编译器的lisf算法实现了支持VLIW技术的指令调度优化算法,改进的算法可以充分利用芯片的VLIW结构的优势,加速程序运行,具有较好性能.     

基于GCC实现飞腾处理器向量处理单元的编译器后端

编译器后端是针对特定目标机器的编译器实现,不同的指令集体系结构需要实现不同的编译器后端。面向飞腾处理器中向量处理单元(FT-VPU)的体系结构和指令集,基于GCC编译器实现了编译器后端,使GCC能够正确编译面向FT-VPU的SIMD指令的内嵌函数。从四路双精度SIMD指令的机器描述出发,总结了在GCC后端所做的实现工作。其对基于GCC编译器实现面向特定目标机器的编译器后端有较大的参考价值。     

基于GCC关键变量数据流分析算法的程序切片技术

随着程序的规模的扩大和复杂度的提高,通过直接分析源码进行程序切片,变得十分困难。在现有的利用编译优化技术来优化程序切片的方法中,存在无法有效利用程序的编译时信息和编译器的优化技术,以及对语言的支持不完善的问题。为此,分析了GCC编译器在编译时的中间表示,首次提出了基于GCC关键变量数据流分析算法的程序切片技术,以程序的GIMPLE中间表示为基础,以程序基本块为单位,通过迭代求解数据流方程,分析程序基本块内和不同基本块间的关键变量数据流信息。该程序切片技术可以获取源程序中仅与预设目标函数相关的关键变量和关键语句,缩减程序规模。最后通过实验,证明了该算法的可行性。     

基于GCC的高性能DSP Matrix向量指令集扩展

自动向量化技术是编译器提高程序并行性的优化方法。随着支持SIMD结构处理器的计算平台的广泛应用,自动向量化技术也成为编译器技术研究的热点。GCC编译器是一种开源、跨平台的编译器。本文基于GCC内部自动向量化算法,结合Matrix芯片的体系结构和指令集特点,完成了Matrix向量指令集在GCC后端扩展,实现了基本的自动向量化支持。测试结果表明,扩展后的编译器能够支持Matrix向量指令集,进行基本的自动向量化,同时支持以内建函数方式开发基于Matrix的并行程序。     

面向RISC-V处理器的GCC移植与优化

嵌入式RISC-V处理器交叉开发生成高质量目标代码的关键是GCC的移植与优化.分析GCC的基本结构和RISC-V体系结构的数据与指令特点,建立GCC后端移植机制,采用机器描述方法,生成32位riscv-none-embed-gcc编译器,实现RISC-V处理器的GCC移植,设计强度削弱的窥孔优化方法解决中间代码生成过程中CPU计算代价高的问题.验证与测试结果表明编译器编译正确并具有通用功能,优化后编译生成的目标代码体积减少约11％,提高了目标代码质量,节省了嵌入式处微理器的存储空间.     

基于GCC的IF转换算法的分析与改进

分支指令是发掘指令级并行(ILP)的一个主要障碍。IF转换能够有效地删除指令流中的分支，通过删除程序中的莱些分支，将控制依赖转换为数据依赖。能够获得更好的调度效果。本文详细分析了GCC中基于IA-64谓词执行的IF转换算法，并改进了其算法。实验数据表明。优化效果明显。     

一种基于子结构分析的基本块重排算法

基本块重排是一类通过重新排布基本块在存储中的位置,以减少转移开销和指令cache失效率的编译优化技术.介绍了一种基于子结构分析的基本块重排算法.该算法通过统计剖视信息中控制流图的边执行频率,基于处理器转移预测策略构建转移开销模型和基本块排布收益模型.算法采用局部子结构优化的策略,改善基本块在存储中的排列顺序,从而减少转移开销,并提高指令cache的使用率,改善程序的总体性能.在UniCore处理器平台上进行了实验.实验结果表明,与其他基本块重排算法相比,该基本块重排算法在更大程度上减少转移开销和指令cache失效率的同时,其时间复杂度保持为O(n×logn).     

基于汇编代码的指令调度器的设计与实现

随着嵌入式处理器在各个领域的广泛应用,嵌入式软件的复杂度越来越高.充分发掘嵌入式处理器的性能,需要高级编译优化技术的支持.指令调度是编译器发掘程序指令级并行性的关键技术之一.设计并实现了一个基于汇编代码的指令调度器.实验结果表明,在TECC嵌入式编译器中集成指令调度器后可显著提高程序的性能.     

基于Tree-SSA优化框架的高级循环优化

现代的计算机处理器和计算机系统实现了很多先进技术,要利用这些技术更需要编译器的支持以取得高性能。GCC中Tree-SSA优化框架提供了一个功能强大的程序分析框架。增强的数据依赖分析信息允许编译器变换一个算法以取得更大的局部性,提高资源的利用率以增大吞吐量,提高性能。该文对数据依赖、矩阵变换、循环变换进行了研究,分析了它们的特点,算法和性能,陈述了GCC中循环变换的现状,对以后的研究做出了一定的展望。     

基于数据对齐属性指导的GCC自动向量化优化

主流通用处理器都已经实现了多核并行以及处理器核内的SIMD并行。虽然GCC编译器实现了面向SIMD并行的自动向量化,但是编译器针对OpenMP并行程序的自动向量化效果仍很不理想。针对多线程并行的OpenMP程序,基于GCC的OpenMP编译实现,扩展了数据对齐属性指导语句,使编译器在自动向量化时能够进行更准确的数据对齐与否的判断,优化了GCC编译器的自动向量化。     

GCC后端中四路双精度短向量寄存器的实现

设计和实现一个新的产品化的编译器通常需要几年时间。基于已有的编译器进行修改和扩展,是研发面向新体系结构的编译器的主要途径。GNU编译器集合(GCC)支持多种高级语言和多种目标处理器平台、文档及源代码开放等。基于GCC的Sparc后端,实现了支持四路双精度SIMD指令的四路双精度短向量寄存器的描述。在此过程中,定义了新的目标机,扩充了一类向量模式,定义了一类新的寄存器约束,实现了四路双精度寄存器的描述,定义了四路双精度SIMD指令的机器描述。对于面向此类SIMD指令的内嵌函数,GCC编译器能够正确使用该类向量寄存器来生成对应的SIMD指令。     

针对龙芯2号结构特征的GCC优化

根据龙芯2号处理器体系结构的特点,引入浮点乘加、条件move和预取等一系列特殊指令,并且对开源编译器GCC进行修改使其支持这些特殊指令,同时对生成对应指令的算法进行了调整和优化.实践中已经证明,特殊指令的引入和相应的优化比较好的提升了应用程序的性能,达到了预期的效果.     

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%.     

基于可重构处理器的并行优化算法

为挖掘可重构处理器的内在并行性,需要编译器通过分析程序的并行性来决定可重构处理器硬件最好的执行模式。为此,提出一种基于可重构处理器的并行优化算法。将有向无环图的并行计算部分映射到可重构处理器上,对任务实现3个不同层次的并行性(指令级并行、循环级并行、线程级并行)。测试结果表明,该算法使得可重构处理器在处理任务时比未用并行优化算法的性能提升1.2倍左右。     

基于跨基本块变换和循环分布的SLP优化技术

现有的SLP优化算法无法处理内层循环中存在的依赖环和归约,并且在基本块边界产生大量的冗余拆包和赋值语句,从而导致向量化效率不高.针对该问题,提出了一种基于跨基本块变换和循环分布的SLP优化算法.该算法以控制流图为基础,根据基本块间各数组变量的Define-Use关系以及跨越基本块之间的数据依赖关系进行跨基本块的向量化变换,有序地采用跨基本块变换和循环分布,尽可能发掘最内层循环基本块内语句的并行性,使SLP自动向量化编译器生成具有更多SIMD指令的向量化代码.实验结果表明,该算法能够隐藏更多跨基本块冗余操作的开销,同时利用跨基本决的数据依较生成更优的SIMD指令,有效地提高了向量化程序的加速比.     

基于简化Trace的动态隐式断言执行

分支指令与分支预测失败限制了处理器发掘指令级并行(ILP)的潜力.通过If-conversion或Predicated执行将程序中的控制相关转化为数据相关,能较好地降低分支预测开销.提出一种基于简化Trace结构的动态隐式断言执行机制(Dynamic Implicit Predication,DIP),而早期的相关研究主要集中于由编译器显式为宽发射处理器产生静态Predicated指令.无需编译器或者其他二进制工具的帮助,DIP可以在程序运行过程中识别可以进行断言变换的指令片断,完成指令转换与优化,并在以后的执行中使用优化后的指令Trace.基于SPEC2000模拟测试表明DIP可以有效避免错误的分支预测,提高并行度,单个程序的IPC平均提高10.3%,基准程序的平均加速比可达7.59%.     

典型编译器自动向量化效果评估与分析

SIMD(Single-Instruction-Multiple-Data)体系结构在现代处理器体系结构中扮演重要的角色。多种国产高性能通用处理器也大都实现了SIMD结构。SIMD体系结构提供了短向量数据并行处理能力,编译器自动向量化是应用程序获得性能提升的主要手段之一。使用成熟的支持SIMD的商用处理器平台评估典型编译器自动向量化的效果,对于处理器体系结构的设计以及编译器的分析和设计非常有益。采用SPECCPU2006和SPECOMPM2001基准测试程序,评估了典型编译器(包括Intel编译器、PGI编译器和GCC编译器)的自动向量化的效果。并且以产品级的开源编译器GCC为目标,用手工编写的程序片段(主要是多种类型的循环结构)评估了当前GCC编译器自动向量化的效果,并深入分析了GCC编译器中现有的自动向量化的能力和局限。此项工作为进一步研发高效的编译器自动向量化提供了有价值的参考。     

基于Itanium处理器的密码算法实现

使用ItaniumCompiler7.0编译器对现有分组密码算法的C语言实现进行编译得到汇编代码,在对这些汇编代码进行分析时可以发现编译器并没有充分利用Itanium处理器提供的资源。针对这一问题,该文提出了在Itanium处理器上有效实现常用密码算法的方法,主要是利用Itanium处理器指令集中提供的SIMD指令提高处理的并行性,并探讨了Itanium处理器SIMD指令的使用方法。     

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。     

GCC中内嵌函数实现剖析

GNU编译器集合(GCC)具有支持多种高级语言和多种目标处理器平台、文档及源代码开放等的特点,在工业界和学术界被广泛使用。GCC支持非常多的内嵌函数,内嵌函数是GCC编译器中非常重要的一部分实现。首先分析GCC中多种内嵌函数的目的和作用;之后结合实际工作,以使用向量扩展指令的内嵌函数实现为例,剖析了平台相关的内嵌函数的实现过程。本工作对深入理解C}CC编译器中的内嵌函数实现机制,对基于C}CC的研究和开发有较强的参考意义。