bwdsp100编译器的研制及优化技术分析word格式论文.docxVIP

图5.4 FFT源程序示例44图5.5 经典优化后的FFT中间代码45图5.6 循环不变量外提后的中间代码46图5.7 FFT优化实验结果48中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。必威体育官网网址的学位论文在解密后也遵守此规定。□公开□必威体育官网网址（年）作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：第1章绪论1.1研究背景与意义数字信号处理（DSP）涉及到许多学科，是一门广泛应用于多个领域的新兴学科。自20 世纪60 年代以来，数字信号处理技术随着计算机和信息技术的高速发展应运而生并得到迅速发展（彭启琼，2002）。数字信号处理是通过使用数学方法执行将信息转换或提取出来，来处理现实信号，这些信号以数字序列的形式存在。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。数字信号处理器是为数字信号处理应用而开发的主要用于数字信号处理的芯片，相比一般的通用处理器它具有指令执行效率、低功耗、成本等方面的优势。DSP具有一些共同的特点，如针对特定运算进行优化、面向数据密集型应用、面向多存储器访问的结构等。DSP应用主要算法中的内部循环多数可以转化为向量计算，这些运算包含天然的指令级并行性。因此，采用指令级并行性是改进DSP性能的一个重要途径。主流DSP体系结构中都设计了用于并行执行的单元，使得执行一些数字信号处理算法（如FFT）时可以获得比同频率通用处理器高几倍的性能。当前，DSP应用在越来越多的领域，对于大数据量实时应用，简单的SIMD 结构已经无法满足要求。从1997 年起，国际DSP领先厂商都开始研发VLIW结构的DSP产品，例如ADI 的TigerSHARC 系列，TI公司的C64/C67系列，以及Freescale基于StarCore推出的一系列VLIWDSP等（Joseph A Fisher，2005）。VLIW是一种水平指令结构，含有多个功能单元，在同一时钟周期可以并行执行多个相互间独立的指令。VLIW指令并行执行硬件控制简单，指令并行性在程序编译阶段由编译器确定。编译器通过指令分簇、指令调度及软件流水等技术将无依赖关系的指令放在同一个时钟周期执行，VLIW DSP的硬件只需要进行解码执行指令，而不需要控制指令并行，这大大降低了硬件成本和设计复杂度。DSP应用对于时间和空间的要求非常严格，为了实现高效的处理通常采用编写纯汇编代码的方式来进行开发。但是，随着DSP体系结构的革新和DSP应用复杂度的不断增加，使用这种方法不但难度大、开发周期长且效率不高。因此当前大多数DSP应用程序都使用高级语言（如C语言）来编写。使用高级语言来开发应用程序速度更快，但同时也对编译器提出了严峻的挑战，能否将VLIW DSP的高性能发挥出来完全由编译器优化效率的高低决定。编译器的设计与实现有很长的研究历史，一直到现在仍然有很多机构在进行编译技术的研究。编译器主要包括词法分析、语法分析、符号表的建立、代码生成等阶段（A Aho，1986）。图1.1 给出了一个传统编译器的主要构成图。这些阶段又可以分为前端和后端两个大的阶段。依赖于源语言并在很大程度上独立于目标机器的某些阶段或某些阶段的某些部分成为前端。前端一般包括词法分析、语法分析、语义分析、符号表的建立、中间代码生成和相关的错误处理。还有一些代码优化工作也可以在前端完成。后端包括编译器中与目标机器相关的其他部分。后端完成的任务一般只依赖于中间语言而不依赖于源语言。后端包括代码生成、代码优化和相关的错误处理。中间代码转化高级语言源代码前端语法及语义分析机器相关中间代码后端代码优化机器无关中间代码寄存器分配指令调度目标代码图1.1传统编译器完整的开发一个编译器工作量非常大，由于编译器的前端是与机器无关的，可以在已有编译器前端的基础上，针对目标机器体系结构开发一个编译器后端。而在后端中也有许多代码优化技术对不同的目标机器具有广泛的适用性，这些部分都是可以复用的。从上世纪90 年代起，为了便于复用和共享这些编译技术，并为编译器的开发和研究