一种基于控制流检测的低功耗基本块划分方法

星载嵌入式系统要求更小的功耗和必备的在空间辐射环境中运行的高可靠性,控制流检测技术是防止由于单粒子翻转事件而造成程序错误运行的有效手段之一。为了在低功耗模式下保证错误检测概率,提出一种基于控制流检测的低功耗基本块划分方法,此基本块划分方法在编译后期完成,不影响编译调度效果。采用GCC、SDCC两款编译器,将三种具有代表性的控制流检测算法注入到典型的程序集中进行测试。实验证明,此种基本块划分方法在保证错误检测概率的条件下,降低了程序运行功耗。     

汇编级软硬结合的控制流检测方法

控制流检测技术是防止由于瞬时故障造成程序错误运行的有效手段之一,在ARGOS卫星上测试过的基于汇编语言的软件控制流检测算法CFCSS具有较高的错误检测能力和较低的冗余指令开销,实用性较强,但此算法存在检测混淆和检测出错现象.为此,首先阐述了CFCSS算法中存在的检测混淆和检测出错现象;接下来根据汇编语言特点,修改了基础基本块的选择方法和多调整签名值赋值语句的插入位置,提出了改进的ICFCSS控制流检测算法;为了在ICFCSS算法基础上进一步提高错误检测能力、降低故障延迟时间和冗余指令开销,提出了软硬结合的ICFCSSHS控制流检测方法,此方法在编译程序时只增加了和签名有关的信息,在程序运行时通过译码阶段判指令类型来触发相应的硬件完成控制流检测.实验表明,此方法的冗余代码空间开销比CFCSS算法减少了21. 5%,平均未检测出错误率仅为1. 5%,具有一定的使用价值.     

CoSy C语言编译器安全性研究

为验证CoSy编译器的安全性,并确定不安全因素大致出现的位置,提出一种通过控制流图的同构对比判定CoSy编译器是否安全的方法。该方法生成源程序的控制流图以及CoSy中级中间表示的控制流图后,生成由CoSy编译器产生的目标汇编码的控制流图,根据控制流图同构算法,判断控制流图是否同构,由此确定CoSy编译器的不安全因素发生在编译器的前端还是后端。实验结果表明,该方法能有效验证编译器的安全性。     

Matrix编译器If转换算法的实现

指令级并行在提高处理器运行速度方面显得越来越重要,if转换技术是一种在处理器支持条件执行的前提下,有助于提高指令级并行度的编译优化技术。在详细分析GCC(GNU Compiler Collection)内部if转换技术的实现机制和算法的基础上,针对matrix体系结构特点,对GCC中现有if转换算法进行了移植与改进,实现了matrix编译器的if转换算法。实验证明,改进后的if转换算法能够更有效地移除分支,减少基本块的数量,扩大单个基本块的范围,有助于编译器生成更加优化的代码。     

基于行为轨迹的软件动态可信度量

针对软件动态可信度量方法中准确性和效率较低的问题,提出了一种以编译器插桩获取软件行为轨迹的软件动态可信SDTBT模型。通过分析包含函数调用和基本块调用的C程序控制流,在GCC编译预处理过程中设计软件插桩算法,提取软件行为轨迹;模型运行时可选择基本块或函数调用作为动态可信验证的对象,提高了软件度量的灵活性和效率,同时降低了度量资源消耗。实验分析表明,该模型能够准确提取软件行为轨迹信息,有效检测基于控制流的攻击行为,相较于已有模型有较高的准确性和较低的时间消耗。     

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。     

一种编译优化测试用例自动生成方法的设计与实现

编译器的质量保证对提高软件产品的质量有着重要作用,对编译优化的测试是其中的核心部分.对编译优化的测试需要大量的测试用例程序.要构造这些测试用例,使用传统手工构造方法面临着效率低的问题,而基于文法的构造方法则针对性不足.从对优化的形式化描述出发来自动构造测试用例能克服这些缺点.本文设计并实现了一种基于形式化描述的编译优化测试用例程序生成方法.该方法基于编译优化的时序逻辑描述构造关键顶点控制流图,逐步转换为控制流图并得到用例程序.针对GCC(版本4.1.1)进行的覆盖率测试实验表明,该方法可以生成具有较高针对性的测试用例,并达到相当的覆盖程度.     

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。     

GCC编译器中编译指导的自动向量化实现

基于编译指导的自动向量化已经成为编译器开发SIMD体系结构性能潜力的必然选择。OpenMP 4.0规范新增了SIMD编译指导语句,在开发中的GCC 4.9版本已经开始着手支持OpenMP4.0规范。详细分析了SIMD编译指导在GCC 4.9中的实现情况,重点分析了SIMD编译指导在编译器自动向量化阶段的影响,这为改进GCC的现有实现和提高向量化能力提供了有价值的参考。     

反编译器中针对不同编译器的过程识别技术

过程识别技术及相关参数的提取是二进制翻译中过程调用恢复的基础.为较好实现对过程的识别,首先设计了针对GCC编译的ELF(executable and linkable format)文件的过程识别技术,取得了良好的效果.不过随着研究的深入,要求对C编译器和ICC(Intel C compiler)编译器同时具有良好的支持,但在测试中发现这种识别技术在处理ICC编译的ELF程序指令流时存在的一些问题,为此提出了改进算法,这个算法已经在IA-64-Alpha反编译中实现,从而使系统对C编译器和ICC编译器编译的ELF文件都能进行正确的过程识别和参数提取.     

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。     

编译原理GCC实例化教学研究

对现有编译教学存在的问题进行分析,提出新的编译课程教学方案,引入真实的业界编译器实例GCC,以引导式、实例化的模式开展教学,最后,给出新教学模式的参考评价方法。     

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。     

反投机技术研究

投机优化技术作为一种先进的现代编译技术,有效地提高了指令执行的并行性。然而,在逆向工程中,有时要实现代码的跨平台移植,而投机优化技术又受硬件平台的制约;有时需要优化代码的结构,使程序的逻辑结构易于理解;这些都要求消除这种与硬件息息相关的优化技术。论文基于IA-64平台,提出了一种反投机处理算法,对ICC编译器编译后的可执行二进制代码进行处理,消除代码中的投机优化,将其转换成等价的没有投机优化的指令序列,这样使反投机后的代码更容易理解,而且在逆向工程中摆脱了硬件的限制。测试表明该反投机技术可以对ICC编译后的代码进行有效处理。     

GCC中基于值剖视的代码特例化

基于剖视的优化技术根据程序先前运行时收集的剖视信息来指导编译优化。文章给出了一种在GCC中基于值剖视的代码特例化实现方法。NPB和SPEC CPU2000基准程序测试结果表明,该代码特例化方法能够有效提高程序性能,同时引入的开销较小。     

基于指令Cache和寄存器压力的循环展开优化

循环展开是一种常用的编译优化技术,能够有效减少循环开销,提升指令级并行程度和数据局部性,提升循环的执行效能。然而,过度的循环展开会造成指令Cache溢出,增大寄存器压力,循环展开次数太少又会浪费潜在的性能提升机会,因此寻找恰当的展开因子是研究循环展开问题的核心。基于GCC开源编译器,面向循环展开问题开展深入的分析与研究,针对指令Cache和寄存器资源对循环展开的影响,提出了一种基于指令Cache和寄存器压力的循环展开因子计算方法,并在GCC编译器中实现了该计算方法。申威和海光平台上的实验结果显示,相较于目前GCC中存在的其它展开因子计算方法,所提出的方法可以获得更为有效的循环展开因子,提升了程序性能。在SPEC CPU 2006测试集上的平均性能分别提升了2.7%和3.1%,在NPB-3.3.1测试集上的分别为5.4%和6.1%。     

一个基于DAG图的指令调度优化算法

指令调度是优化编译技术中一项关键技术,对于VLIW体系结构的CPU,指令调度显得尤为重要。指令调度是在保证语义正确的前提下,改变指令的执行顺序,减少流水线中的空闲周期,从而提高CPU性能的一种优化方法。文章着重分析了优化编译中的指令调度问题,提出了一个指令调度算法和DAG图的一种化简方法,证明了算法的正确性,分析了算法的效率,比较了生成的新指令序列和最优的指令序列总的执行时间的差别。同时,针对目前流行的编译器GCC的指令调度算法中存在的问题,提出了一个较好的解决途径。     

InterAspect: aspect-oriented instrumentation with GCC

We present the InterAspect instrumentation framework for GCC, a widely used compiler infrastructure. The addition of plug-in support in the latest release of GCC makes it an attractive platform for runtime instrumentation, as GCC plug-ins can directly add instrumentation by transforming the compiler??s intermediate representation. Such transformations, however, require expert knowledge of GCC internals. InterAspect addresses this situation by allowing instrumentation plug-ins to be developed using the familiar vocabulary of Aspect-Oriented Programming: pointcuts, join points, and advice functions. Moreover, InterAspect uses specific information about each join point in a pointcut, possibly including results of static analysis, to support powerful customized instrumentation. We describe the InterAspect API and present several examples that illustrate its practical utility as a runtime-verification platform. We also introduce a tracecut system that uses InterAspect to construct program monitors that are formally specified as regular expressions.