魂芯DSP编译设计与优化

发布时间：2020-06-05 04:15

【摘要】：近年来,随着国家自主设计芯片的能力的增强,涌现了一批成熟的产品级处理器芯片,主要有中科院计算所研制的龙芯、江南计算所研制的申威、国防科大研制的银河飞腾、北大众志、苏州国芯、杭州中天、华东电子工程研究所的魂芯等。为了突破市场,围绕自主芯片构建完善的“硬件平台-基础软件-应用”的生态系统成为研发工作的重要任务。其中,编译系统在该生态系统中占据至关重要的地位。论文以基于自主设计的魂芯DSP处理器构建优化编译器作为研究课题,主要研究工作摘要如下。(1)论文综合对比主流开源编译基础设施Open64、GCC、LLVM的重定向机制、优化技术,总结了基于开源编译基础设施进行编译开发的选型标准,并阐述了移植开源基础设施到魂芯DSP硬件平台的关键技术。(2)针对魂芯DSP分块内存的特点,创新地提出对程序中的存储访问构建关于变量的冲突图,针对分块内存进行存储块分配,优化数据在分块内存的分布,使得编译器生成的代码可以最大程度地挖掘程序中数据访问的并行性；考虑了分块内存、传参规则、向量化指令以及指令本身的固有特性等多个因素设计了面向数据并行的优化分簇算法,有效地解决了面向高数据并行领域分簇结构处理器的并行性挖掘。(3)魂芯DSP体系结构的主要特性是向量化体系结构,包括访存向量化和计算向量化。提出针对循环采取基于依赖分析的向量化方法以及对未成功向量化的循环基本块和其它基本块采取超字级并行性(SLP)技术相结合的向量化框架。(4)针对魂芯DSP分簇结构、支持SIMD、VLIW的体系结构特点研究模调度框架的实现方法。介绍了零开销循环识别和转换方法；论述了分簇结构、支持SIMD、VLIW体系结构的机器资源描述方法；研究了模调度与循环展开的关系;提出了模变量扩展的算法框架；描述了基于推测执行的代码生成模式。(5)针对魂芯DSP先进的谓词机制,提出了高效的编译实现框架。对比分析了魂芯DSP两种谓词形式,给出其各自的优势所在以及各自的适用范围。深入研究了两种谓词形式的特性以及编译支持方法。创新地提出基于循环展开的分簇结构部分谓词实现框架。(6)针对数字信号领域典型的FFT算法,研究其在魂芯DSP体系结构下的优化技术。创新地提出了基于部分逆序、面向高数据并行的FFT优化算法框架。
【图文】：

算机科学太多的方面有关，而这个术语本身含义过窄，已无法表达这一领域目前逡逑的研究范围。逡逑然而编译系统最重要的作用依旧是高级语言到机器码的转换器，如图１．１所示。逡逑它是联系几乎所有软件与硬件的桥梁，，是运行在硬件系统上软件的生成器。硬件逡逑体系结构提供的性能，很大程度上取决于编译系统的生成代码的效率。逡逑ｒ—逦－逦逦－－逦邋缩逐家销逦Ｉ逡逑操作系统、数据库等系逦２＾逦．逡逑统软件、应用软件逦＾做斤逡逑图１．１编译系统的作用逡逑Ｆｉｇ邋１．１邋Ｒｏｌｅ邋ｏｆ邋ｃｏｍｐｉｌｅｒ逡逑到目前为止，编译器领域最为突出的成就仍旧是高级语言的广泛使用。从银逡逑行、企业的管理软件，到高性能计算和各种互联网应用，绝大多数软件都是用高逡逑级语言编写的。编译系统通过众多优化技术，比如冗余代码删除、循环变换、逡逑寄存器分配、软件流水、指令调度等达到生成优化代码的目的。逡逑编译技术在自身发展过程中，有Ｗ下几个特点。逡逑？编译系统作为硬件系统结构与软件应用的桥梁，随着处理器体系结构的发展逡逑而发展。逡逑编译系统最开始出现的价值

计方法、针对体系结构的编译优化方法。逡逑１．２．２魂怞ＤＳＰ体系结构逡逑魂巧ＤＳＰ的体系结构如图１．２所示。它是一款１６发射，多级流水线，４簇结逡逑构、支持向量化和谓词执行的高性能通用数字信号处理器。逡逑它是一款分簇的氋性能ＤＳＰ，分簇结构Ｐ７，Ｗ可Ｗ有效X椉硬云�体系结构的指令逡逑级并行度，它和集中式体系结构相对应，是雷达、无线通信、视频、图像、视频逡逑等数字信号处理领域高数据并行处理应用发展的需要。逡逑每个簇有Ａ／Ｂ页面寄存器，每个页面寄存器个数为６４，邋８个算术逻辑运算单元逡逑（ＡＬＵ），８个乘法器（ＭＵＬ），４个移位器（ＳＨＦ），一个特殊功能单元（ＳＰＵ）；簇与簇之逡逑间采用簇间传输总线通信。四个簇分别标号为Ｘ簇，Ｙ簇，Ｚ簇，Ｔ簇，每个簇可同逡逑时向其他３个簇输出６４ｂｉｔ数据。但是每个簇只能读取其中一个簇的传入数据。每个逡�

本文编号：2697491