基于IA-64谓词执行的IF转换技术研究

论文摘要

分支指令带来了控制依赖,是有效发掘指令级并行性的一大障碍。为获得高度的并行性,必须克服分支指令带来的限制。谓词执行可以有效地删除指令流中的分支指令,从而有助于开发更多的ILP。 IA-64是一种显式并行指令计算体系结构,支持全谓词执行,为发掘更多的指令级并行提供了新的途径和机会,但有效地使用硬件对谓词执行的支持需要有先进的编译器的支持。IF转换是一种能够充分利用现代微处理器提供的谓词执行功能来提高程序性能的编译手段。IF转换有许多优点,首先,它能够将程序中条件分支代码转换为谓词执行的顺序代码,这样控制依赖被转换为数据依赖,多条路径上的指令在IF转换后,可以合并到一个基本块中,有效地增加基本块的大小,扩大指令调度的范围,从而增加基本块中的指令级并行性。另一方面,由于减少了分支指令的数目,简化了硬件设计,也减少了分支预测失败时的性能损失。 本文首先阐述了谓词执行和IF转换的有关理论,分析了IA-64体系结构支持谓词执行的相关特性,指出了IF转换的作用及IF转换对程序性能的影响,进而讨论了IF转换需解决的两个关键问题:选择什么样的指令进行IF转换和IF转换应在编译的什么阶段进行。 结合前面的理论研究,本文重点剖析了GCC编译器在IA-64平台IF转换的具体实现,并给出了GCC的IF转换的框架。最后,分析了GCC现有IF转换算法的优缺点,提出了一个基于关键路径的长度、资源的高度、误预测率、误预测的代价及指令条数等因素,有选择性地执行IF转换的改进方案。实验数据表明改进的算法能够改善IF转换的有效性,对程序性能有一定的提升。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究现状
• 1.3 课题研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 课题研究重点
• 1.3.3 课题研究难点
• 1.4 本文的主要工作
• 1.5 论文的组织
• 第二章 谓词执行与IF转换
• 2.1 谓词执行
• 2.1.1 谓词执行
• 2.1.2 IA-64的谓词执行简介
• 2.2 IF转换
• 2.2.1 什么是IF转换
• 2.2.2 IF转换对编译优化的支持
• 2.2.3 IF转换对程序性能的影响
• 第三章 IF转换关键技术研究
• 3.1 IF转换关键技术研究
• 3.1.1 IF转换分支的选择
• 3.1.2 IF转换时机的选择
• 3.1.3 IF转换的实现方法
• 3.2 本章小结
• 第四章 GCC的IF转换算法及程序分析
• 4.1 GCC的基本结构
• 4.1.1 GCC的总体架构
• 4.1.2 GCC的中间表示
• 4.1.3 GCC的机器描述
• 4.1.4 GCC的代码生成与机器描述的接口
• 4.2 IF转换算法的关键数据结构
• 4.2.1 GCC表示RTL的数据结构
• 4.2.2 GCC表示基本块的数据结构
• 4.2.3 GCC表示程序控制流程图的数据结构
• 4.2.4 GCC表示IF块的数据结构
• 4.3 GCC的IF转换遍调用时机
• 4.4 GCC的IF转换算法分析
• 4.4.1 GCC的IF转换算法的总体结构
• 4.4.2 IF转换算法关键过程分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 GCC的IF转换算法的分析与改进
• 5.1 GCC的IF转换算法的优点
• 5.2 存在的问题
• 5.3 改进方案
• 5.4 试验结果与分析
• 第六章 结束语
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文
• 攻读硕士期间参加的科研项目
• 参考文献