可重構(gòu)指令集處理器設計中的軟件重定向關鍵技術研究.pdf

1、電子信息技術、網(wǎng)絡技術和硬件工藝的迅猛發(fā)展使得計算機系統(tǒng)越來越復雜。新應用領域的興起對程序與計算能力提出了越來越嚴格的要求，多變的用戶群體使得處理器的執(zhí)行任務具有了高動態(tài)性的特點，而傳統(tǒng)的基于靜態(tài)指令集設計的處理器已經(jīng)無法滿足這類需要兼顧性能和靈活性兩方面因素的應用需求。為了能夠高效地適應用戶動態(tài)變化的任務需求，可重構(gòu)指令集處理器應運而生。
　　 可重構(gòu)指令集處理器將可重構(gòu)技術應用到專用指令集處理器的實現(xiàn)中，利用可重構(gòu)邏輯器件的

2、硬件可編程性，針對不同的應用特征自適應地定制其最優(yōu)的執(zhí)行環(huán)境，從而在保有專用指令集處理器優(yōu)點的前提下更有效地滿足嵌入式領域的不同應用要求。由于可重構(gòu)指令集處理器的指令集能夠在設計完成后根據(jù)應用程序特點進行動態(tài)更改，與傳統(tǒng)的固定指令集的處理器設計有很大的不同。這就使得針對傳統(tǒng)處理器設計的軟件工具鏈不適合于可重構(gòu)指令集處理器應用程序的開發(fā)，需要有新的設計方法用于構(gòu)造適應動態(tài)指令集特征的工具鏈，以便充分挖掘系統(tǒng)的處理性能。
　　 本文

3、針對上述的問題，以所設計的支持動態(tài)剖析的可重構(gòu)指令集處理器為基礎平臺，提出了一個能夠?qū)崿F(xiàn)軟件工具鏈可重定向設計的開發(fā)方案。該方案在對應用程序進行初始快速編譯后利用仿真器執(zhí)行二進制代碼，通過對執(zhí)行信息的剖析、映射等過程獲得處理器的擴展指令集合。然后利用新的指令集體系結(jié)構(gòu)完成對編譯器和仿真器的可重定向擴展，實現(xiàn)對應用程序的優(yōu)化編譯。所提出的方案能夠保證所設計的可重構(gòu)指令集處理器在針對不同應用任務進行指令定制和硬件重構(gòu)后，其上層應用程序開發(fā)模

4、式的一致性和可重用性，滿足對應用程序的兼容性要求，從而能夠提高開發(fā)效率，降低開發(fā)人員的負擔，并且對新的嵌入式處理器的開發(fā)設計和仿真評估具有積極的意義。
　　 在所設計的軟件工具鏈可重定向開發(fā)方案中，剖析機制和編譯代碼生成是整個方案的核心問題，而這兩者之間的聯(lián)系在于實現(xiàn)動態(tài)指令序列與靜態(tài)代碼結(jié)構(gòu)的映射匹配。因此，為了實現(xiàn)針對可重構(gòu)指令集處理器體系結(jié)構(gòu)的工具鏈可重定向設計，快速有效地生成能夠高性能執(zhí)行的二進制代碼，本文深入地研究了軟

5、件工具鏈可重定向開發(fā)方案中的三個關鍵技術，包括高效的熱點動態(tài)剖析技術、熱點代碼映射匹配機制和編譯后端可重定向?qū)崿F(xiàn)。
　　 本論文的主要貢獻體現(xiàn)在下述幾個方面：
　　 1)提出了一種適合所設計的具有動態(tài)剖析特性的可重構(gòu)指令集處理器的軟件工具鏈可重定向開發(fā)方案，融合了熱點剖析、動靜代碼映射及編譯后端重定向等關鍵技術，能很好地適應動態(tài)變化的軟硬件環(huán)境，提高開發(fā)效率。
　　 2)研究了一種基于路徑剖析的可配置熱點剖析機制

6、。其與處理器松散耦合，不需了解處理器微體系結(jié)構(gòu)信息而完成剖析。同時，兼具對全過程剖析和采樣剖析的支持，能夠針對不同的應用需求而采取不同的剖析方案，使得用戶可以權(quán)衡剖析準確度和剖析開銷兩方面的因素而作出選擇。
　　 3)研究了一種基于代數(shù)多項式表示的動-靜代碼映射匹配算法。該算法利用代數(shù)多項式來表示代碼中的基本塊乃至函數(shù)體與循環(huán)體等結(jié)構(gòu)，在此基礎上結(jié)合串匹配和多層次搜索的思想，通過多項式搜索匹配的方法實現(xiàn)動態(tài)序列表示與靜態(tài)代碼多項