[发明专利]低功耗的寄存器分配编译优化方法

说明书

本发明公开一种低功耗的寄存器分配编译优化方法，包括以下步骤：S1、分析程序的热点函数和循环段；S2、统计热点代码段中依赖关系语句执行频率；S3、登记存在依赖关系语句中临时变量的生存周期；S4、关闭针对该依赖关系语句性能相关的指令调度优化，防止因为考虑流水线性能而进行的指令调度；S5、对每个依赖关系语句中的临时变量进行基本块内的生存周期分析；S6、对每个依赖关系语句中的临时变量进行跨基本块的生存周期分析；S7、遍历所有基本块，对标记为可低功耗优化的临时变量追踪其定义和使用点；S8、进行W_set指令循环外提优化。本发明在一定程度上优化系统运行功耗，且软硬件开发成本低，对降低功耗的方法简单直接。

技术领域

本发明涉及一种低功耗的寄存器分配编译优化方法，属于计算机技术领域。

背景技术

随着硬件技术和体系结构的不断发展，处理器速度越来越快，片上集成度也越来越高，在带来较高处理性能的同时，也造成了巨大的能量消耗。高性能处理器的发展趋势，已经由高性能，逐渐过渡为高效能，即高性能能耗比。有研究表明：在处理器运行过程中，寄存器文件的功耗占总功耗的15%~20%，而相当一部分操作值通过旁路在流水线中传递，亦即指令从旁路得到源数据，而写入到目标寄存器的值将不再使用，浪费了大量能量。

编译器作为硬件与软件的桥梁，在功耗优化的研究中具有重要地位。目前传统编译器的寄存器分配和指令调度优化主要目标是为了提高性能，即使得程序的执行时间最短。而对低功耗编译而言，它的优化是多目标的，通常是性能和功能综合考虑，即在满足一定的性能约束情况下，使得程序运行的功耗最小。传统的编译优化技术已经无法满足日益增长的能量消耗，如何通过有效便捷的方式来降低运行时功耗，成为本领域技术人员努力的方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种低功耗的寄存器分配编译优化方法，该低功耗的寄存器分配编译优化方法在一定程度上优化系统运行功耗，且软硬件开发成本低，对降低功耗的方法简单直接，在考虑性能的前提下，最大限度的挖掘寄存器低功耗潜力。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种低功耗的寄存器分配编译优化方法，基于以下模块：

硬件寄存器文件使能设置模块，用于对寄存器文件写回使能位进行控制：打开使能，则所有指定寄存器旁路后仍然需要写回到寄存器文件，关闭使能，则所有指定寄存器旁路后不需要进行写回操作，该寄存器仍然保存的是老值，硬件提供对指定寄存器文件写回的使能控制设置，默认为寄存器旁路后全部写回，如果需要指定寄存器进行非写回操作，对软件开放对使能位的控制设置；

软件低功耗寄存器分配优化编译器模块，用于分析程序中占用功耗较大的热点函数进行低功耗寄存器分配优化，优化前提是不过多的损失程序的性能，且对程序最终的执行序列不做大的改动，还用于分析程序循环语句中的依赖关系，并结合数据流分析该循环语句的定值引用关系，对于其中的真依赖关系指令中使用的临时寄存器，分析其生存周期，确认该寄存器值不被其余位置引用后，则在该临时寄存器的生存周期中进行寄存器文件使能关闭设置，并进行指令调度满足旁路要求，减少该寄存器文件的写开销；

包括以下步骤：

S1、在代码入口及返回处插入性能统计函数，用以分析程序的运行时特征，确定程序的热点函数和循环段；

S2、为程序提供多组输入数据，利用S1插入的性能统计函数，统计热点函数的代码中依赖关系语句执行频率，生成热点函数的统计信息；

S3、根据S2中得到的热点函数的统计信息，结合静态数据流分析SSA信息摘要，登记依赖关系语句中临时变量的生存周期；

S4、关闭针对S2中依赖关系语句的性能相关的指令调度优化；