面向多簇超长指令字DSP的向量化优化算法

BWDSP是一款针对高性能计算领域设计的处理器,采用多簇超长指令字（VLIW）体系结构和SIMD架构,同时也提供了很多向量化指令．然而现有的编译框架无法对这些向量化指令提供支持,因此本文提出了一种向量化优化算法,可以显著提高一些在DSP领域有着广泛应用的计算密集型程序的性能．最终实验结果表明,该优化算法能够平均取得6．60倍的加速比．     

面向多簇架构DSP的树匹配向量化算法

BWDSP是针对高性能计算设计的一款新型的处理器, 采用多簇超长指令字体系结构和SIMD架构, 有丰富的指令集. 为充分利用BWDSP提供的向量化资源, 迫切需要提出一种向量化算法. 本文在open64基础上研究并实现了面向多簇超长指令字(VLIW)DSP的SIMD编译优化算法. 算法基于OPEN64的中间语言WHIRL, 能够充分地利用BWDSP丰富的硬件资源和向量化指令. 最终实验结果表明, 对于能够合成双字和单字的循环程序, 该优化算法能够平均取得6倍和4倍的加速比.     

BWDSP SIMD编译的寄存器分配优化技术研究

BWDSP是一款自主设计的国产VLIW(超长指令字)数字信号处理器,支持SIMD技术,其SIMD指令可以在4个宏上同时执行4个32位计算,对寄存器使用有特殊规则,Open64编译器的寄存器分配策略并不适用于这种规则.本文对BWDSP SIMD指令的寄存器分配优化技术进行了研究,并在BWDSP的编译器OCC上得以实现.     

魂芯DSP上复数类型的支持和优化

魂芯DSP是一款采用VLIW和SIMD架构的针对高性能计算领域而设计的32bit静态标量数字信号处理器.为了满足数字高性能计算的性能要求,魂芯DSP提供了丰富的复数指令,而编译器不能直接利用这些复数指令来提升编译性能.因此针对魂芯DSP芯片提供了大量的复数类操作指令的特点,在传统开源编译器Open64的编译框架基础上进行研究,实现了复数作为编译器基础类型和复数运算操作的支持.同时,通过识别特定的复数类操作的模式利用魂芯DSP上的复数类指令对程序编译优化.实验结果表明,该实现方案在魂芯DSP编译器上对复数程序优化后能够取得平均5.28的加速比.     

魂芯分簇VLIW DSP上指令调度的优化

魂芯DSP处理器是一款32 bit静态超标量、分簇结构的、支持SIMD的VLIW处理器。魂芯DSP芯片有4个执行簇和3个内存块,但簇间数据传输和寻址会占用总线带宽。魂芯DSP上每个簇中有大量的计算部件,但是现有的编译器框架中指令调度算法是针对非分簇结构的,无法充分利用魂芯DSP的分簇结构特点,产生出高效的指令级并行代码。根据魂芯处理器架构分簇的特点,提出了在魂芯DSP上进行指令分簇和指令调度的启发式算法,并且在开源Open64编译器框架上进行了实现。实验结果表明,该算法在魂芯DSP编译器上的实现可以显著提高一些在DSP上有着计算密集型程序的性能。     

基于Open64上的特殊指令合成策略研究与实现

Open64是一个拥有GNU通用公共许可证的开源高性能编译器,设计结构好,分析优化全面,是编译器高级研究的理想平台。本文针对BWDSP处理器所提供的高效特殊运算指令,在Open64基础上研究并实现了面向BWDSP中的特殊指令合成策略。该策略通过扩展并重定向编译器后端模块,能够充分地利用BWDSP中的复数指令、累加指令、乘累加指令和平方和指令等特殊指令。实验结果表明,本文提出的特殊指令合成策略能够很大程度上提高程序的性能。     

一种支持VLIW DSP条件跳转指令的技术研究

条件跳转指令是VLIW DSP中频繁使用的一种指令,循环是条件跳转指令应用的主要领域之一。条件跳转指令高效的设计是VLIW DSP高效运行的关键。针对这类指令实现的复杂性,讨论了一种新的结构Hyperblock,并用这种结构设计实现了BWDSP100处理器中的条件跳转指令,实验证明该方法对于DSP核心算法程序以及实际应用程序都可以获得较好的优化效果,提高了指令并行性。     

多媒体处理器的SIMD代码生成

通用处理器的SIMD（Single Instruction Multiple Data）多媒体扩展，为提高多媒体应用的性能提供了新的体系结构支持。但目前编译技术对这类指令不能提供很好的支持。本文提出了一个新的SIMD指令生成算法，基于把编译器前端的程序分析和编译器后端的机器信息相结合的思想，采用扩展的treeparsing技术，有效识别程序中的并行操作以生成SIMD指令。基于SUIF（Stanford University Intermediate Format）编译器框架的实验表明，针对一组多媒体kernel，本文提出的算法可平均减少其非SIMD代码47％的cycles。     

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．     

BWDSP104X多条件谓词编译优化

目前BWDSP104X编译器对程序中条件分支的处理是采用传统的谓词优化方法,及每条指令和一个谓词相关,只有当谓词为真时指令才被执行,但它存在的局限性是当涉及到多条件谓词时,并不能消除跳转分支,且多条件谓词之间可能存在控制依赖关系,不利于指令并行和指令流水. 因此在现有编译器框架下,针对传统谓词优化方法的不足之处,本文提出一种基于BWDSP104X体系结构下多条件谓词编译优化方法. 实验结果表明,与传统谓词优化方法相比,该优化算法在BWDSP104X编译器上能够取得平均5.62的加速比.     

面向DSP的超字并行指令分析和冗余优化算法

如今单指令多数据流(SIMD)技术在数字信号处理器（DSP）上得到了广泛的应用,现有的向量化编译器大多都实现了自动向量化的功能,但是编译器并不适合支持DSP为特征的SIMD自动向量化,主要由于DSP复杂的指令集、特有的寻址模型,以及依赖关系或者数据非对齐等原因而导致向量化效率不高。为了解决此问题,在基于Open64的超字并行(SLP)自动向量化编译系统后端,对SLP自动向量化中的指令分析和冗余优化算法进行了添加和改进,生成更加高效的向量化源程序。实验结果表明,该优化方法能有效提高DSP性能并降低功耗。     

SIMD计算机的优化编译器设计

利用处理器的相关资源,提高编译器优化性能和增强代码可适应性是SIMD处理器优化编译的关键。该文基于M语言和LSSIMD体系结构,结合现代编译器的编译技术,提出针对SIMD协处理器编译器的优化和实现方法,包括寄存器分配、单值合并、代码压缩等。实验结果表明,编译生成的目标代码准确、高效。     

面向BW104x软流水框架

现代高性能数字信号处理器大多数采用超长指令字体系结构,通过在同一时钟周期发射多条指令以便获得更高的运算性能来发掘目标机器指令级别并行性.介绍了BW104x目标体系特征,BWDSP104X是一款针对高性能计算领域设计的处理器,采用16发射、单指令流,多数据流架构.为了充分利用多簇及簇内硬件资源,基于open64编译基础设施提出了后端软流水优化,其中包括循环选择,资源依赖数据依赖计算,采用经典的模调度方法进行软流水调度,为解决不同迭代变量冲突引入模变量拓展模块.实验结果证明流水后性能相对流水前有了很好的提升.     

一种加速访存地址计算的编译优化

在国产申威高性能多核服务器系统中,基础编译系统对应用程序中访存操作进行代码生成时,没有考虑国产处理器指令特征,导致编译器生成的访存地址计算代码效率较低,影响国产高性能处理器的性能。为充分发挥国产处理器高性能计算能力,提出一种加速访存地址计算的编译优化方法。加速访存地址计算编译优化基于处理器支持带扩展因子的运算指令,在编译器后端内存地址表达式合法性检查中,添加针对乘加模式的地址计算表达式合法性检查算法,自动识别地址表达式中存在的乘加运算并进行合法性检验,对符合条件的地址表达式在代码生成阶段匹配生成带扩展因子的运算指令来快速计算访存地址,从而加快访存指令的发射与执行以及应用程序中的访存地址生成,提升访存效率。使用行业标准性能测试集SPEC CPU2006对优化效果进行评测,结果表明,相比优化前SPECspeed Integer与SPECspeed Float Point两个子集,该优化方法平均性能分别提高了2.53%与1.50%。     

发掘函数级单指令多数据向量化的方法

当前面向单指令多数据（SIMD）扩展部件的两类向量化方法分别是循环级向量化方法和超字级并行（SLP）方法。针对当前编译器不能实现函数级向量化的问题,提出一种基于静态单赋值的函数级向量化方法。该方法首先分析程序的变量属性,然后利用一组包括向量函数子句、一致子句、线性子句等编译指示子句指导编译器实现函数级向量化,最后利用变量属性结果对向量化代码进行了优化。从多媒体和图像处理领域选择部分测试用例对所提的函数级向量化的功能和性能在国产申威平台上进行测试,与程序串行执行相比,采用函数级向量化后程序的执行效率更高。实验结果表明函数级向量化可以取得类似任务级并行的加速效果,该方法可以指导自动函数级向量化的实现。     

IA-64的并行架构及其寄存器文件

同时多线程能在同一时钟周期执行不同线程的指令,并且指令级并行和线程级并行。显式并行指令计算关注于编译器和硬件的相互协作。寄存器文件的设计在高性能处理器设计中十分重要,寄存器栈和寄存器栈引擎是提高其性能的重要手段。该文设计和实现一套并行环境,其中包括并行编译器OpenUH和基于IA-64的同时多线程体系结构EDSMT,实验表明,该并行架构适用于大多数并行应用,针对NAS的并行测试程序,该架构相对于SMTSIM平均有12.48%的性能提升。     

一种基于虚指令集技术构建快速的可重用的指令集仿真器的方法

指令集仿真器是进行系统体系结构设计与评估、系统软件设计与开发以及进行软、硬件协同开发的有利工具。然而指令集仿真器对目标体系结构具有极大的依赖性,无法跨越多个目标平台工作,这就成了制约它发展的一个重要因素。文章根据DSP处理器的特点,参考传统仿真策略,提出了一种改进后的仿真技术,可以极大地提高仿真器运行效率。在此基础上,又结合虚指令集技术,构建VIS仿真器,改变了传统仿真器只能用于单一处理器的局面,使之能够适用于多款处理器结构。这为指令集仿真器的广泛使用提供了有力的保证。