分片式處理器上超塊生成器的設計與研究.pdf

1、多核和眾核架構有望解決或緩解現(xiàn)代處理器設計面臨的存儲墻、線延遲和功耗問題，分片式處理器作為一種代表性的眾核實現(xiàn)方案，強調(diào)功能單元的分布化、結構的層次化，將硬件細節(jié)暴露給上層的軟件系統(tǒng)，依賴編譯器劃分程序指令，形成較大有效的指令發(fā)射窗口。本文工作圍繞分片式處理器TPA-PI及其編譯系統(tǒng)展開。TPA-PI編譯器分析應用程序特征，參照硬件配置，采用啟發(fā)式算法將程序指令劃分成超塊，超塊作為原子執(zhí)行單位，是指令調(diào)度的對象。超塊生成器和指令調(diào)度器作

2、為分片式處理器編譯系統(tǒng)后端的兩大部件，決定著應用程序在TPA-PI處理器上能夠獲得的性能，是軟硬件協(xié)同設計的場所，也是該類處理器的研究熱點。
　　 本文主要工作是為TPA-PI編譯系統(tǒng)設計并實現(xiàn)超塊生成器。通過對超塊生成算法各方面的量化研究，提出迭代收斂的改進型超塊生成算法；基于LLVM編譯框架實現(xiàn)TPA-PI處理器后端和通用的超塊生成器模塊。
　　 論文的研究工作和成果可以歸納為以下幾個方面：(1)深入理解LLVM編譯

3、框架提供的通用后端生成器模塊，通過對TPA-PI處理器結構和指令集的研究與設計，實現(xiàn)了TPA-PI處理器后端，為分片式處理器編譯系統(tǒng)打下基礎。(2)根據(jù)超塊生成算法原理，將算法劃分成基本塊選擇、合法性檢驗、謂詞轉化和調(diào)整優(yōu)化四大步驟，實現(xiàn)時將算法中與體系結構相關的部分抽象成虛函數(shù)，這部分虛函數(shù)通常是關于指令判斷和處理、合法性檢驗，需要在使用超塊表示方式的處理器中實現(xiàn)；基于LLVM描述程序的數(shù)據(jù)結構實現(xiàn)算法框架，使得超塊生成模塊可以被復用

4、。(3)用頭復制技術等價替換超塊生成算法中的循環(huán)優(yōu)化，避免循環(huán)優(yōu)化與謂詞化的順序沖突，有助于形成規(guī)整高效的超塊。對引起分支預測器失誤的分支結構進行分類，賦予不同優(yōu)先級，從而按照優(yōu)先級指導謂詞轉化過程，提高預測器準確性，并且減少過度謂詞化引起的超塊分割。從靜態(tài)和動態(tài)兩個角度對指令填充的開銷進行量化分析。實驗表明，通過衡量影響超塊質(zhì)量的各個因素對程序性能的影響，改進超塊生成算法流程以及啟發(fā)式函數(shù)內(nèi)容，最終設計的迭代收斂的超塊生成算法，較原算