传输触发结构ASIP软件工具的自动定制

软件工具在ASIP设计中扮演了非常重要的角色,自动定制软件工具对于提高ASIP设计的自动化程度意义重大．详细分析了传输触发结构（TTA）ASIP软件工具的自动定制问题,提出了扩展指令、目标代码编码、保留表等关键体系结构描述信息的自动生成方法．其中,扩展指令信息通过合并相关基准指令的语法树及其他描述信息获得;目标代码编码通过对功能单元端口和寄存器端口分类并顺序编号获得;指令保留表则通过分析指令执行过程中数据传输的时序与资源使用情况获得．实验结果表明,该方法灵活简单,当ASIP的指令集和其他体系结构信息变化时可以自动生成相应的软件工具,并能够保证软件工具的效率．     

基于TTA的嵌入式ASIP设计

在嵌入式微处理器设计中,采用ASIP（application specific instruction processor）处理器设计方法,可以在满足功能和性能要求的同时,缩短嵌入式微处理器产品的研制时间．当前ASIP处理器设计方法还面临着许多问题,如体系结构优化、软件代码的可重定向编译等,这些都阻碍了ASIP处理器设计方法的广泛应用．因此,提出了一种基于传输触发体系结构（transport triggered architecture,TTA）的嵌入式ASIP设计方法,对其设计关键技术进行了详细的讨论,并通过两个目标应用的ASIP微处理器设计实例说明了该方法可以有效解决上述问题,快速开发出满足目标应用程序要求的嵌入式处理器。     

基于集束式整数线性规划模型的专用指令集自动定制

提出集束式整数线性规划形式化模型,利用指令间的功能依赖性解决专用指令集处理器中指令集自动定制的指数性空间问题.在此基础上,针对其前端和后端分别提出了相应的指令定制实现策略.实验结果表明,该指令定制方法可以有效地实现专用指令集的自动设计,并使最终处理器的运算性能得到优化.     

可重构指令集处理器的代码优化生成算法研究

可重构指令集处理器能够适应多变的计算任务在性能和灵活性两方面的要求,而传统的编译后端技术无法为其生成高效的可执行代码,需要有新的代码生成方法.针对传统编译后端代码生成三阶段方法进行扩展的代码混合优化生成算法正是这样一种方法.该算法很大程度地复用了原有的三阶段代码生成过程,同时针对可重构指令集具有动态性的特点,根据系统硬件资源和重构配置,扩展了针对可重构指令代码生成的优化处理,从而能够获得切合可重构指令集处理器体系结构特性的可执行代码.相关实验与分析说明了该算法针对硬件重构得到的新平台所做的可重构指令代码生成是有效的,能够较好地提高应用程序在新平台上的执行性能.     

分簇结构超长指令字DSP编译器的设计与实现

超长指令字（VLIW）是高端DSP普遍采用的体系结构。VLIW DSP在硬件上没有调度和冲突判决的机制，其性能的发挥完全依靠编译嚣的优化效果．基于可重定向编译基础设施IMPACT，为分簇VLIW DSP YHFT—D4设计与实现了优化编译器．其中着重讨论了可重定向信息的定义、代码注释、SIMD指令的支持、分簇寄存器分配以度指令级并行开发和资源冲突解决等内容．实验结果表明该编译器可以达到较好的优化效果．     

融合动态采样剖析的可重构指令集处理器

可重构指令集处理器能够根据应用程序特点动态扩展其指令集,其硬件架构和软件工具的设计与传统设计有很大不同。在研究可重构指令集处理器软硬件特性的基础上,提出一种集成动态采样剖析硬件的可重构指令集处理器架构。该处理器具有3种不同的工作模式,它通过剖析硬件采样获取程序热点,利用配套工具链半自动地完成指令扩展生成、编译器重定向和可编程硬件逻辑配置,从而获得在不同嵌入式应用领域的硬件适应性和软件兼容性。针对性的实验结果表明,该处理器架构的采样剖析机制准确有效,并且在增加有限的硬件开销的情况下,能够很好地适应应用变化。     

面向TTA结构的可重定向周期精确模拟器的设计与实现

给出了一种面向传输触发体系结构的可重定向周期精确模拟器的设计与实现。该模拟器能够在不修改的情况下，对不同的TTA硬件体系结构设计进行高效的模拟。同时提供了方便的用户自定义扩展指令的添加接口。为了加快模拟速度，提出了一种预解释模拟机制。     

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.     

虚拟指令集的构建及翻译技术研究

利用虚拟指令作为中间语言来构建可重用指令集模拟器是解决模拟器可重用性的重要技术.介绍了可重用指令集模拟器的工作原理,提出了虚拟指令的构建原则和方法,描述了对汇编指令的语义规则,最后举例说明如何从汇编指令的语义描述规则出发,生成与目标指令语义等价的虚拟指令.     

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。     

配置流驱动计算体系结构指导下的ASIP设计

为了兼顾嵌入式处理器设计中的灵活性与高效性,提出配置流驱动计算体系结构.在体系结构设计中将软/硬件界面下移,使功能单元之间的互连网络对编译器可见,并由编译器来完成传输路由,从而支持复杂但更为高效的互连网络.在该体系结构指导下,提出一种支持段式可重构互连网络的专用指令集处理器(ASIP)设计方法.该方法应用到密码领域的3类ASIP设计中表明,与简单总线互连相比,在不影响性能的前提下,可平均节约53%的互连功耗和38.7%的总线数量,从而达到减少总线数量、降低互连功耗的目的.     

面向媒体处理器可重定目标编译器的代码生成

在可重定目标编译器的设计与实现中,RTL中间表示具有内部的树结构表示形式和外部的正文表示形式的特性,使RTL适合作为可重定目标编译器中的中间表示。利用RTL的这种双重特性,提出适用于可重定目标编译器的代码生成技术,通过树模式匹配的方法建立中间表示与机器描述中指令模板的映射关系,实现汇编代码的输出。通过MD32Builder集成环境的构建,证明该技术简单易行。     

面向专用处理器指令集设计的应用特征分析方法研究与实现

专用处理器的指令集设计是专用处理器设计中的关键问题。SoC专用处理器指令集设计有其特殊的程序特征分析需求,迫切需要面向专用指令集设计的程序特征分析工具支持,但当前能够完全支持专用指令集设计的特征分析工具比较少,设计人员仍需人工或同时调用多种分析工具才能来获取所需特征信息,且效率低、结果不够直观,无法迅速有效地对专用指令集设计提供有效的数据支持。本文面向专用处理器指令集设计,研究并实现了一种基于程序中间表示的应用特征自动分析方法,以可视化的方式得到了程序的控制关系特征、计算特征、操作数据特征和核心运算等特征。该工具不仅可支持专用指令集设计,对于SoC编译优化、任务分配等也可以提供简明直观的辅助支持,具有一定通用性,同时提供图形化的结果显示与友好的人机界面,使用简明方便。     

Computation in the Context of Transport Triggered Architectures

Processors used in embedded systems have specific requirements which are not always met by off-the-shelf processors. A templated processor architecture, which can easily be tuned towards a certain application (domain) offers a solution. The transport triggered architecture (TTA) template presented in this paper has a number of properties that make it very suitable for embedded system design. Key to its success is to give the compiler more control; it has to schedule all data transports within the processor. This paper highlights two important TTA-related issues. First a new code generation method for TTAs is discussed; it integrates scheduling and register allocation, thereby avoiding the notorious phase ordering problem between these two steps. Secondly, we discuss how to tune the instruction repertoire for an embedded processor. A tool is described which automatically detects frequent patterns of operations. These patterns can then be implemented on special function units.