一種面向數(shù)字信號(hào)處理器的多謂詞控制及編譯優(yōu)化方法與流程

本發(fā)明涉及數(shù)字信號(hào)處理器體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及編譯優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種面向數(shù)字信號(hào)處理器的多謂詞控制及編譯優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

分支跳轉(zhuǎn)是進(jìn)行指令級(jí)開發(fā)的基本障礙，謂詞執(zhí)行是一種有效消除分支跳轉(zhuǎn)的機(jī)制，它是將程序進(jìn)行控制依賴到數(shù)據(jù)依賴的變換。分支跳轉(zhuǎn)的消除可以提高程序的執(zhí)行性能，從硬件體系結(jié)構(gòu)上講，分支跳轉(zhuǎn)的消除可以減小分支預(yù)測(cè)失敗導(dǎo)致的硬件開銷；從編譯層面講，分支跳轉(zhuǎn)的消除可以擴(kuò)大調(diào)度范圍，允許了多個(gè)條件路徑指令的重疊并行執(zhí)行，挖掘了跨越多個(gè)程序路徑的指令級(jí)并行性。

一般的經(jīng)典謂詞形式為:

p1,p2＝rmcondrn

(p1)op1

(p2)op2

如果條件計(jì)算rmcondrn成立(其中cond為某種比較計(jì)算，例如大于)，則p1為0，p2為1，從而指令op1作廢，op2正常運(yùn)行；反之，如果條件rmcondrn不成立，則p1為1，p2為0，從而指令op1正常運(yùn)行，op2作廢。

這種謂詞實(shí)現(xiàn)形式具有較強(qiáng)的通用性，也便于編譯優(yōu)化支持，但其具有一定的局限性：第一，不能消除謂詞控制的條件跳轉(zhuǎn)語(yǔ)句；第二，有可能導(dǎo)致較長(zhǎng)的謂詞計(jì)算依賴路徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的首要目的在于提供一種既可以高效利用數(shù)字信號(hào)處理器提供的豐富的邏輯運(yùn)算資源，又可以提高條件分支的執(zhí)行效率的面向數(shù)字信號(hào)處理器的多謂詞控制及編譯優(yōu)化方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種面向數(shù)字信號(hào)處理器的多謂詞控制及編譯優(yōu)化方法，多謂詞控制指令格式為：(p(1),p(2),…,p(n))rs＝rmoprn，含義為p(1),p(2),…,p(n),n>＝1，n個(gè)控制謂詞都為真時(shí)，指令rs＝rmoprn正常執(zhí)行，否則rs＝rmoprn作廢；其中，rs＝rmoprn指代計(jì)算指令或訪存指令，p(1),p(2),…,p(n)為虛擬謂詞寄存器；rm、rn、rs為通用寄存器；

這種多謂詞控制格式的執(zhí)行步驟為：

(1)謂詞寄存器設(shè)計(jì)為32位物理寄存器pred的0位、1位、2位、…、31位,當(dāng)0位為1時(shí)，表示物理謂詞寄存器p0為1，物理謂詞寄存器p1為0，當(dāng)0位為0時(shí)，表示物理謂詞寄存器p0為0，物理謂詞寄存器p1為1；當(dāng)1位為1時(shí)，表示物理謂詞寄存器p2為1，物理謂詞寄存器p3為0，當(dāng)1位為0時(shí)，表示物理謂詞寄存器p2為0，物理謂詞寄存器p3為1；依次類推；其中p0，p2、…、p30稱為真物理謂詞寄存器，p1,p3、…、p31稱為假物理謂詞寄存器；

(2)讀取當(dāng)前指令的多個(gè)控制謂詞，即p(1),p(2),…,p(n)，根據(jù)以上對(duì)應(yīng)關(guān)系，生成對(duì)應(yīng)該32位物理寄存器的mask和c，其中mask為當(dāng)前指令的控制謂詞對(duì)應(yīng)的物理寄存器對(duì)應(yīng)位二進(jìn)制權(quán)重的和，c為當(dāng)前指令的多謂詞對(duì)應(yīng)的物理寄存器對(duì)應(yīng)位的權(quán)重與對(duì)應(yīng)真謂詞寄存器的值乘積的累加和；

(3)判斷多謂詞控制指令的pred[mask]＝＝c是否為真，如果為真，則當(dāng)前指令正常執(zhí)行，如果為假，則當(dāng)前指令作廢。

定義多謂詞的指令格式為：p(1),p(2)＝rmcondrn,其中cond為比較條件，包括大于、大于等于、等于、不等于、小于、小于等于，當(dāng)條件為真，p(1)為假，p(2)為真；反之，p(1)為真，p(2)為假。

在編譯時(shí)，其步驟如下：

步驟一：在編譯優(yōu)化后端，按照區(qū)域依次處理，計(jì)算謂詞轉(zhuǎn)換代價(jià)，選擇合適的區(qū)域進(jìn)行謂詞轉(zhuǎn)換；

步驟二：通過控制流分析，識(shí)別每個(gè)基本塊的局部謂詞；

步驟三：遍歷當(dāng)前區(qū)域控制流，計(jì)算屬于每個(gè)基本塊的絕對(duì)控制謂詞路徑，沿著控制流方向依次計(jì)算，該過程是迭代的，直至找到每個(gè)基本塊的全部控制謂詞路徑；

步驟四：合并基本塊，為基本塊的指令放置對(duì)應(yīng)謂詞，多個(gè)基本塊合并為一個(gè)基本塊，最終生成謂詞中間代碼；在合并基本塊階段，把全部的條件計(jì)算放置合并基本塊的靠前位置，而把有效的多謂詞控制指令放置在合并基本塊的靠后位置，最終形成多謂詞的計(jì)算形式。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：第一，多謂詞控制形式可以更為靈活高效地支持多個(gè)條件轉(zhuǎn)換為謂詞，生成的代碼效率更高；第二，多謂詞形式消除了謂詞定義嵌套的現(xiàn)象，多謂詞控制使得謂詞計(jì)算全局化、扁平化；第三，多謂詞控制形式消除了謂詞之間的依賴關(guān)系，簡(jiǎn)化了謂詞數(shù)據(jù)依賴分析，使得編譯優(yōu)化更為高效。

附圖說明

圖1為經(jīng)典謂詞編譯框架；

圖2為多謂詞控制編譯框架；

圖3為識(shí)別局部謂詞；

圖4為識(shí)別謂詞控制的絕對(duì)路徑；

圖5為多謂詞控制基本塊。

具體實(shí)施方式

一種面向數(shù)字信號(hào)處理器的多謂詞控制及編譯優(yōu)化方法，多謂詞控制指令格式為：(p(1),p(2),…,p(n))rs＝rmoprn，含義為p(1),p(2),…,p(n),n>＝1，n個(gè)控制謂詞都為真時(shí)，指令rs＝rmoprn正常執(zhí)行，否則rs＝rmoprn作廢；其中，rs＝rmoprn指代計(jì)算指令或訪存指令，p(1),p(2),…,p(n)為虛擬謂詞寄存器；rm、rn、rs為通用寄存器；

這種多謂詞控制格式的執(zhí)行步驟為：

(1)謂詞寄存器設(shè)計(jì)為32位物理寄存器pred的0位、1位、2位、…、31位,當(dāng)0位為1時(shí)，表示物理謂詞寄存器p0為1，物理謂詞寄存器p1為0，當(dāng)0位為0時(shí)，表示物理謂詞寄存器p0為0，物理謂詞寄存器p1為1；當(dāng)1位為1時(shí)，表示物理謂詞寄存器p2為1，物理謂詞寄存器p3為0，當(dāng)1位為0時(shí)，表示物理謂詞寄存器p2為0，物理謂詞寄存器p3為1；依次類推；其中p0，p2、…、p30稱為真物理謂詞寄存器，p1,p3、…、p31稱為假物理謂詞寄存器；

(2)讀取當(dāng)前指令的多個(gè)控制謂詞，即p(1),p(2),…,p(n)，根據(jù)以上對(duì)應(yīng)關(guān)系，生成對(duì)應(yīng)該32位物理寄存器的mask和c，其中mask為當(dāng)前指令的控制謂詞對(duì)應(yīng)的物理寄存器對(duì)應(yīng)位二進(jìn)制權(quán)重的和，c為當(dāng)前指令的多謂詞對(duì)應(yīng)的物理寄存器對(duì)應(yīng)位的權(quán)重與對(duì)應(yīng)真謂詞寄存器的值乘積的累加和；

(3)判斷多謂詞控制指令的pred[mask]＝＝c是否為真，如果為真，則當(dāng)前指令正常執(zhí)行，如果為假，則當(dāng)前指令作廢。

定義多謂詞的指令格式為：p(1),p(2)＝rmcondrn,其中cond為比較條件，包括大于、大于等于、等于、不等于、小于、小于等于，當(dāng)條件為真，p(1)為假，p(2)為真；反之，p(1)為真，p(2)為假。

在編譯時(shí)，其步驟如下：

步驟一：在編譯優(yōu)化后端，按照區(qū)域依次處理，計(jì)算謂詞轉(zhuǎn)換代價(jià)，選擇合適的區(qū)域進(jìn)行謂詞轉(zhuǎn)換；

步驟二：通過控制流分析，識(shí)別每個(gè)基本塊的局部謂詞；

步驟三：遍歷當(dāng)前區(qū)域控制流，計(jì)算屬于每個(gè)基本塊的絕對(duì)控制謂詞路徑，沿著控制流方向依次計(jì)算，該過程是迭代的，直至找到每個(gè)基本塊的全部控制謂詞路徑；

步驟四：合并基本塊，為基本塊的指令放置對(duì)應(yīng)謂詞，多個(gè)基本塊合并為一個(gè)基本塊，最終生成謂詞中間代碼；在合并基本塊階段，把全部的條件計(jì)算放置合并基本塊的靠前位置，而把有效的多謂詞控制指令放置在合并基本塊的靠后位置，最終形成多謂詞的計(jì)算形式。

圖1為經(jīng)典謂詞編譯框架，先選擇適合謂詞轉(zhuǎn)換的region，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)流分析，識(shí)別每個(gè)基本塊的謂詞，根據(jù)基本塊謂詞之間的依賴關(guān)系，插入相應(yīng)的謂詞定義語(yǔ)句，此時(shí)會(huì)引入謂詞控制的謂詞定義指令或跳轉(zhuǎn)指令，最后為每個(gè)基本塊的指令放置謂詞控制寄存器，并進(jìn)行基本塊合并，生成謂詞中間代碼。

圖2為多謂詞識(shí)別框架，先選擇適合謂詞轉(zhuǎn)換的region，通過控制流分析，識(shí)別每個(gè)基本塊的控制謂詞，一個(gè)基本塊有可能有多個(gè)局部控制謂詞；接著計(jì)算每個(gè)基本塊的絕對(duì)控制謂詞路徑，沿著控制流方向依次計(jì)算，該過程是迭代的，直至找到每個(gè)控制塊的全部控制謂詞路徑；找到每個(gè)基本塊的絕對(duì)控制謂詞路徑是為了適應(yīng)扁平化謂詞形式。在合并基本塊階段，就可以把全部的條件計(jì)算放置合并基本塊的靠前位置，而把有效的多謂詞控制指令放置在合并基本塊的靠后位置，最終形成多謂詞控制中間代碼形式。

圖3為一個(gè)識(shí)別局部謂詞的例子，控制塊bb2,bb5的局部控制謂詞分別為真物理謂詞寄存器p2、假物理謂詞寄存器p5；而控制塊bb3,bb4則有多個(gè)局部控制謂詞，其中bb3兩個(gè)局部控制謂詞是假物理謂詞寄存器p1、假物理謂詞寄存器p3，bb4的兩個(gè)局部控制謂詞是真物理謂詞寄存器p4、真物理謂詞寄存器p6。

圖4為該例全部控制謂詞路徑的示意圖，控制塊bb2的絕對(duì)控制謂詞路徑是有一個(gè)真物理謂詞寄存器p2組成，而控制塊bb3,bb4,bb5則有多個(gè)絕對(duì)控制路徑。bb3的絕對(duì)控制謂詞路徑為有兩個(gè)，分別是假物理謂詞寄存器p1組成的第一條路徑、假物理謂詞寄存器p3和真物理謂詞寄存器p2組成的第二條路徑，意味著基本塊bb3指令的控制謂詞的要么是假物理謂詞寄存器p1，要么是假物理謂詞寄存器p3與真物理謂詞寄存器p2(多謂詞控制指令)。bb4的絕對(duì)控制謂詞路徑是三個(gè)，分別是真物理謂詞寄存器p4和真物理謂詞寄存器p2組成的第一條路徑，真物理謂詞寄存器p6與假物理謂詞寄存器p1組成的第二條路徑，真物理謂詞寄存器p6、假物理謂詞寄存器p3、真物理謂詞寄存器p2組成的第三條路徑。bb5的絕對(duì)控制謂詞路徑包括兩個(gè)，分別是假物理謂詞寄存器p5與假物理謂詞寄存器p1組成的第一條路徑，假物理謂詞寄存器p5、假物理謂詞寄存器p3與真物理謂詞寄存器p2組成的第二條路徑。

圖5為多謂詞控制代碼，第一個(gè)指令行：

p1,p2＝a>b||p3,p4＝c>d||p5,p6＝a>c

為多謂詞定義，定義了p1，p3，p5三個(gè)真物理謂詞寄存器，p2，p4，p6三個(gè)假物理謂詞寄存器。

第二個(gè)指令行：

(p4,p2)r8＝2||(p6,p1)r8＝2||(p6,p3,p2)r8＝2||(p5,p1)re＝3||(p5,p3,p2)re＝3

為多謂詞控制行，其中該指令行表示re要么在(p2,p4)或(p6)為真的條件下等于2，要么在(p1,p5)或(p2,p3,p5)為真的條件下等于3。

綜上所述，本發(fā)明采用的多謂詞控制形式可以更為靈活高效地支持多個(gè)條件轉(zhuǎn)換為謂詞，生成的代碼效率更高；多謂詞形式消除了謂詞定義嵌套的現(xiàn)象，多謂詞控制使得謂詞計(jì)算全局化、扁平化；多謂詞控制形式消除了謂詞之間的依賴關(guān)系，簡(jiǎn)化了謂詞數(shù)據(jù)依賴分析，使得編譯優(yōu)化更為高效。