基于Open64上的特殊指令合成策略研究與實現

陳金娥 黃勝兵

摘 要：Open64是一個擁有GNU通用公共許可證的開源高性能編譯器，設計結構好，分析優化全面，是編譯器高級研究的理想平臺。本文針對BWDSP處理器所提供的高效特殊運算指令，在Open64基礎上研究并實現了面向BWDSP中的特殊指令合成策略。該策略通過擴展并重定向編譯器后端模塊，能夠充分地利用BWDSP中的復數指令、累加指令、乘累加指令和平方和指令等特殊指令。實驗結果表明，本文提出的特殊指令合成策略能夠很大程度上提高程序的性能。

關鍵詞：Open64編譯器；特殊指令合成；超長指令字

中圖分類號：TP311.54 文獻標識碼：A

Abstract：As an open-source high-performance compiler with GNU General Public License （GPL），Open64 is a good compiler for advanced research.Aiming at the special instructions provided by BWDSP，the paper researches and implements the special instruction synthesis strategy based on Open64.Extending and redirecting the compiler back-end，the strategy fully utilizes the special instructions of BWDSP，including complex，accumulation，multiply accumulation and sum-of-squares operations.The experimental results show that the program performance can be greatly improved with this special instruction synthesis strategy proposed in this paper.

Keywords：Open64 compiler；special instruction synthesis；Very Long Instruction Word （VLIW）

1 引言（Introduction）

BWDSP是一款采用分簇架構、支持SIMD的16發射的VLIW數字信號處理器。根據其面向的計算領域提供了大量的特殊指令[1，2]，包括復數指令、累加指令、乘累加指令和平方和指令等。

本文以Open64作為面向BWDSP體系結構的編譯器研究框架。Open64是一個運行在Linux下的C、C++、Fortran編譯器基礎設施[3]，其前端將源程序轉化為中間表示WHIRL，后端讀入中間語言WHIRL，經過翻譯生成CG階段（Code Generation）的中間表示（CGIR），再經過一系列優化，最終CGIR經過代碼輸出生成匯編程序[4]。Open64編譯器的架構如圖1所示。

本文主要解決如何將高級程序語言代碼通過編譯器直接生成BWDSP指令系統中的特殊指令，并在Open64編譯基礎設施上提出并實現了面向BWDSP體系結構的特殊指令合成策略，能夠較好地利用BWDSP的特殊指令來提高應用程序的性能。

2 特殊指令合成策略（Special instruction synthesis strategy）

2.1 復數指令合成

原Open64編譯基礎設施內部提供了浮點復數類型，因此編譯器前端能夠直接處理浮點復數類型源代碼。……