二進制轉譯加速方法及其在低電壓處理器中的應用研究.pdf

1、隨著移動互聯(lián)網和物聯(lián)網的發(fā)展，基于ARM的嵌入式處理器越來越普及，例如智能手機和智能平板等。一方面，代碼的二進制兼容性已經成為新的處理器架構能否進入嵌入式市場的主要阻礙。另一方面，這些處理器往往采用電池供電，面臨嚴重的功耗問題。動態(tài)二進制轉譯技術不但能夠有效解決上述代碼兼容性問題，實現(xiàn)跨平臺執(zhí)行；還能夠實時獲得程序的運行信息，有針對性的對程序進行動態(tài)優(yōu)化，以獲得最佳能效。本文圍繞動態(tài)二進制轉譯的關鍵技術進行了研究，提出了面向動態(tài)轉譯的加

2、速方法；并利用二進制轉譯的跨平臺特性和動態(tài)優(yōu)化特性，將二進制轉譯技術和瞬態(tài)錯誤自適應的低電壓處理器設計技術相結合，以有效提高處理器能效。
　　本研究主要內容包括：⑴基于轉移指令特性的動態(tài)轉譯方法。針對傳統(tǒng)方法統(tǒng)一轉譯轉移指令導致轉譯器效率較低，基于轉移目標地址在函數內外的不同特征提出直接映射和指令類型轉譯策略組合的動態(tài)轉譯方法。對函數內轉移指令，直接采用目標架構中對應的分支指令進行映射，通過轉移前后指令轉譯碼無縫鏈接高效轉譯條件分

3、支指令，且無需生成源寄存器到內存同步指令；對函數間轉移指令，區(qū)別對待函數轉移和其他轉移指令，通過將源程序函數轉移指令屬性繼承給轉譯碼以提高目標機轉移預測器準確率。⑵基于高速緩存負荷均衡的動態(tài)轉譯方法。針對動態(tài)轉譯時指令和數據高速緩存訪問負荷大幅增加且增幅不均衡導致的轉譯器性能下降問題，提出基于指令與數據高速緩存訪問負荷動態(tài)均衡的軟硬件協(xié)同轉譯方法。該方法為處理器設計高速緩存負荷平衡狀態(tài)，該狀態(tài)將數據高速緩存分為普通區(qū)和負荷平衡區(qū)，普通區(qū)

4、緩存正常的程序數據，負荷平衡區(qū)通過負荷轉化通道吸收動態(tài)轉譯器調度器將源機器代碼空間地址向目標機器代碼空間地址轉換時在指令高速緩存上產生的部分負荷，提高數據高速緩存利用率。⑶基于瞬態(tài)錯誤預測模型的單周期糾錯的低電壓處理器?；诘碗妷禾幚砥髦械乃矐B(tài)錯誤在流水線中分布的局部性和可預測性，提出軟硬件協(xié)同設計的單周期糾錯的低電壓處理器設計方法。該方法的核心思想是基于動態(tài)轉譯技術建立處理器瞬態(tài)錯誤預測模型。該模型在程序編譯時對可能出錯的指令流進行預

5、測。對于那些可能出錯的指令流，通過處理器瞬態(tài)錯誤消除編程接口，在編譯時即將可能出現(xiàn)的瞬態(tài)錯誤規(guī)避掉，有效提高系統(tǒng)的容錯能力和能效。⑷基于輕量級動態(tài)優(yōu)化的低電壓處理器?；诘碗妷禾幚砥髦械乃矐B(tài)錯誤在指令級的局部性，提出基于動態(tài)優(yōu)化的軟硬件協(xié)同設計的低電壓處理器設計方法。該方法在軟硬件之間，引入一個基于動態(tài)轉譯技術的輕量級的動態(tài)優(yōu)化器。該優(yōu)化器在程序運行時實時收集程序的瞬態(tài)錯誤信息，在處理器空閑時分析這些錯誤信息并在熱點錯誤指令之前插入瞬態(tài)