C Compilers for ASIPs: Automatic Compiler Generation with LISA

کامپایلرهای C برای ASIP: تولید کامپایلر خودکار با LISA

توسط:

Manuel Hohenauer

Rainer Leupers

پیچیدگی روزافزون و الزامات عملکرد دستگاه های الکترونیکی مدرن، شیوه طراحی و پیاده سازی سیستم های تعبیه شده را امروزه تغییر می دهد. روند فعلی به سمت پلتفرم های قابل برنامه ریزی سیستم روی تراشه است که از تعداد فزاینده ای از پردازنده های مجموعه دستورالعمل های خاص برنامه (ASIP) به عنوان بلوک های سازنده استفاده می کنند. پلتفرم‌های طراحی ASIP شامل ابزارهای توسعه نرم‌افزار قابل هدف‌گیری هستند که می‌توانند به سرعت با پیکربندی‌های مختلف پردازنده هدف سازگار شوند. چنین ابزارهایی معمولاً توسط یک مدل پردازنده ارائه شده در زبان توصیف معماری (ADL) مانند LISA هدایت می شوند. یکی از چالش‌های اصلی در این زمینه، تلفیقی قابل هدف‌گیری مجدد برای زبان‌های برنامه‌نویسی سطح بالا مانند C است. اول از همه، یک ADL باید اطلاعات معماری مورد نیاز برای تولید ابزار را به روشی بدون ابهام و سازگار جمع‌آوری کند. این به ویژه برای کامپایلر و شبیه ساز مجموعه دستورالعمل دشوار است. علاوه بر این، بین انعطاف پذیری کامپایلر و کیفیت کدهای کامپایل شده، تعادلی وجود دارد.

این کتاب یک رویکرد جدید برای توصیف مجموعه دستورالعمل‌های مبتنی بر ADL ارائه می‌کند تا هدف‌گیری مجدد خودکار مجموعه ابزار کامل نرم‌افزار را از یک مدل پردازشگر ADL فراهم کند. علاوه بر این، این کتاب شامل تکنیک‌های بهینه‌سازی مجدد برای معماری‌هایی با پشتیبانی از SIMD و Predicated Execution است. هر دو سرعت بالایی را در تولید کامپایلر فراهم می کنند و انعطاف پذیری بالا را با کیفیت کد قابل قبول به طور همزمان ترکیب می کنند. پوشش شامل یک مرور کلی از کامپایلرهای قابل هدف گیری مجدد و طراحی پردازنده مبتنی بر ADL، یک روش و جعبه ابزار مرتبط برای تولید یک کامپایلر C به طور کامل به طور خودکار از یک مدل پردازنده ADL، و تکنیک های بهینه سازی کد قابل هدف گیری مجدد است.

• پیش‌زمینه قوی و دیدگاه‌های مختلفی از طراحی پردازنده مبتنی بر زبان توصیف معماری (ADL) و مشکل کامپایل قابل هدف‌گیری مجدد ارائه می‌دهد.
• تاریخچه طراحی پردازنده مبتنی بر ADL را ارائه می دهد و خواننده را در مورد تحقیقات گذشته و همچنین مشکلاتی که در طول زمان با آن روبرو شده است آشنا می کند.
• یک فرمالیسم مدل‌سازی مبتنی بر ADL و روش‌های پیاده‌سازی مربوطه را ارائه می‌دهد که می‌تواند برای هدف‌گیری مجدد خودکار کامپایلر برای به دست آوردن سریع پشتیبانی کامپایلر برای ASIP‌های جدید توسعه‌یافته استفاده شود؛
• تکنیک‌های بهینه‌سازی قابل هدف‌گیری مجدد را برای ویژگی‌های رایج ASIP ارائه می‌کند، که می‌تواند به سرعت با پیکربندی‌های مختلف پردازنده هدف سازگار شود و به برآوردن الزامات عملکرد سخت‌گیرانه برنامه‌های تعبیه‌شده کمک کند.

<. /P>

C Compilers for ASIPs: Automatic Compiler Generation with LISA

by:

Manuel Hohenauer

Rainer Leupers

The ever increasing complexity and performance requirements of modern electronic devices are changing the way embedded systems are designed and implemented today. The current trend is towards programmable System-on-Chip platforms which employ an increasing number of Application Specific Instruction-set Processors (ASIPs) as building blocks. ASIP design platforms comprise retargetable software development tools that can be adapted quickly to varying target processor configurations. Such tools are usually driven by a processor model given in an Architecture Description Language (ADL), such as LISA. One of the major challenges in this context is retargetable compilation for high-level programming languages like C. First of all, an ADL must capture the architectural information needed for the tool generation in an unambiguous and consistent way. This is particularly difficult for compiler and instruction-set simulator. Moreover, there exists a trade-off between the compiler's flexibility and the quality of compiled code.

This book presents a novel approach for ADL-based instruction-set description in order to enable the automatic retargeting of the complete software toolkit from a single ADL processor model. Additionally, this book includes retargetable optimization techniques for architectures with SIMD and Predicated Execution support. Both allows a high speedup in compiler generation and combines high flexibility with acceptable code quality at the same time. Coverage includes a comprehensive overview of retargetable compilers and ADL based processor design, a methodology and related toolkit to generate a C-compiler fully automatically from an ADL processor model, and retargetable code optimization techniques.

• Presents a strong background and various perspectives of architecture description language (ADL)-based processor design and the retargetable compilation problem;
• Provides the history of ADL based processor design, making the reader knowledgeable about the past research as well as the difficulties faced over time;
• Offers an ADL based modelling formalism and corresponding implementation methods, which can be used for automatic compiler retargeting to quickly obtain compiler support for newly developed ASIPs;
• Presents retargetable optimization techniques for common ASIP features, which can be quickly adapted to varying target processor configurations and help to meet the stringent performance requirements of embedded applications.