基于动态调频技术的节能编译方法技术

本发明专利技术公开了一种基于动态调频技术的节能编译方法。本发明专利技术以编译的扫描阶段产生的参数，将目标代码分段，根据参数判断代码段是否适合ＤＶＳ（Ｄｙｎａｍｉｃ　　Ｖｏｌａｔａｇｅ　　Ｓｃａｌｉｎｇ，动态电压调频技术）操作，并对不适合ＤＶＳ操作的代码段进行一些处理。本发明专利技术能弥补ＤＶＳ技术应用于编译阶段的一些缺点，降低程序运行的功耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及DVS即Dynamic Voltage Scaling，动态电压调频技术，尤其涉及一种。
技术介绍
目前，嵌入式领域的节能算法主要有两种DPM即Dynamic Power Management，动态电源管理技术操作系统级别的电源管理策略，包括对外设的调度，对存储器的调度。DVS技术这种方式又分为两种1.操作系统级别的DVS调度算法；2.软件级别的DVS调度算法。软件级别的DVS算法，比如编译器级别的DVS算法，可以根据编译器扫描代码得到的结果来准确地了解代码的详细信息，从而准确的调频。但是编译阶段的DVS算法的应用，往往是以单条指令为调频单位，频率切换的代价非常大的。可以看出，DPM技术与操作系统级别的DVS技术都要依赖于嵌入式操作系统的支持，比如目前已经提出的实时操作系统的一系列DPM和DVS算法。操作系统级别的DVS算法和DPM算法都是建立在操作系统对当前运行的任务的预测的基础上的，而编译阶段的DVS算法可以通过语法扫描得到生成代码的一些详细信息，通过这些详细信息准确地进行调频。传统的编译阶段的优化，大部分的工作目标是提升代码的时间和空间性能，而对功耗的考虑比较少。虽然部分时间和空间的性能优化会带来功耗的降低，但是这些优化都没有针对DVS技术的应用，使得DVS在编译层的应用无法带来明显的功耗节省。
技术实现思路
为了获得更好的功耗节省、提高编译器性能，为了使DVS技术更好的应用于编译器当中，本专利技术的目的在于提供一种一种。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是1)代码段处理方法中间代码分段模块在代码扫描阶段，对目标进行分段，段两端进行标记，并为每个段建立参数表，以备处理；目标代码中的循环和函数调用都是相对独立的模块，适合做为段的候选，而对于跳转指令，因为跳转的不可预知性，不适合做为分段的标准；代码段处理模块根据每个段的参数表，代入数学模型，判断该段两端是否适合插入DVS指令，并对不能插入DVS指令的段进行进一步的处理；函数段的检查通过将参数代入数学模型进行。对于能够进行DVS的程序段，两端插入函数调用；对于不能进行DVS的段，通过窥孔优化中的填充加载等等优化手段进行优化，然后再次进行判断；2)判断程序段的数学模型在一定的假设的理想状态下，模型分成两个部分，一是时间模型，一是功耗模型。两个模型从两个方面限制，如果时间上的损失超过一定的界限，那么这一段程序就不能使用DVS技术；如果时间损失恰好能满足要求，但是功耗节约过少，那么也不能使用DVS技术；3)插入DVS指令对于适合DVS指令的段，在段两端插入DVS指令。DVS指令的插入通过函数调用的形式来进行。在段的两端插入函数调用，而函数调用里面再调用系统的改变频率的系统调用。本专利技术具有的有益效果是两个新增的编译模块，是编译器更佳适合使用DVS技术。首先，程序的分段，让应用DVS技术的单位变大，改正了DVS调频的单位太小引起电池寿命变短的缺点。其次，程序段的检查和调整，使得功耗的节省量化，对于不能节省功耗的程序段并没有直接抛弃，可以通过调整使其尽量适合DVS调频。一方面不会造成因为部分段不适合DVS而导致使用DVS之后反而功耗变大的情况，另一方面也避免很多没有优化的程序段被放弃而没有进行DVS操作。最后本专利技术引入的数学分析模型，把功耗的估算量化，能避免DVS技术引起的功耗增加。附图说明图1的工作流程图2未处理的示例程序图3标注了程序段的示例程序具体实施方式本专利技术按照图1的的编译流程，对原始代码进行处理。1)使用代码段处理方法对代码分段循环和函数调用是段的候选。函数中的循环是一个独立的代码段，在中间代码表示中，循环的两端有具体的标志，通过扫描，可以得到循环的两端，在循环的两端插入函数调用，该函数调用用来进行DVS调频操作。同样的，对于函数调用，也可以在函数两端插入函数调用，做为备选断。对于程序关键路径上的跳转指令，DVS的插入可能引起大幅度的性能变化，所以程序分段的时候不选取这种指令段。分段的同时是函数的扫描过程，在扫描中，编译器记录上述数学模型中的参数，建立参数表，给段检查和调整模块使用。2)使用数学判断模型进行函数段的检查和处理。①假设和限制a)编译器不讨论对分支指令进行DVS操作，因为动态指令流在编译期间比较难分析b)不考虑多线程的条件下，一个DVS过之后的段在执行完之前就被挂起的情况c)存储器工作和CPU工作是异步的d)每条指令都可以运行在不同的电压下。举例考虑附图2中的程序段，检查完一遍，加入标记以后的程序段如下(以flag做为标记点)如图3所示。之后，编译器就可以对每个单独的段进行判断，首先是获取参数，然后进而进算它是否适合DVS技术。模型分成两个部分，一是时间模型，一是功耗模型。两个模型从两个方面限制，如果时间上的损失超过一定的界限，那么这一段程序就不能使用DVS技术；如果时间损失恰好能满足要求，但是功耗节约过少，那么也不能使用DVS技术。假设不采用DVS的情况下，执行完程序段P所需要的时间为T，消耗的功耗为E，插入了DVS切换指令以后，所需要的时间为Tswitch，功耗为Eswtich。插入DVS指令所允许的时间损失比例为δ，期望获得的功耗节省为ρ。对于一个程序段里的指令，划分成两种，一种是CPU指令，一种是访存指令，在当前的高速处理器中，访存指令的执行时间是和CPU的执行频率无关的，在访存的等待期，流水线CPU都执行不需要访存的CPU指令。假设tinvariant为访存指令要执行的时间，tinvariant与CPU的频率无关；假设Noverlap为CPU指令和访存指令并行的情况下，CPU指令执行的次数；Nnonoverlap为CPU指令单独执行的次数。假设f为处理器当前的频率，f0为处理器默认情况下的最高频率，T(R，f)为程序段R在频率f下运行的时间，Num(R)为程序段运行的次数，Pf为频率f下的功率，P-R表示程序段除了R以外的部分，Pswitch代表DVS切换指令自己在切换时的功率。②数学判断模型I.获取上次扫描的函数信息。包括了tinvariant，Noverlap，Nnonoverlap，Num(R)这些可以通过扫描过程中的指令分析得到。f，f0，Pswitch是处理器的自身参数II.把参数代入公式，计算该函数段是否插入DVS指令。首先是计算时间T和功耗E的公式T＝max(tinvariant，Noverlap/f0)+Nnonoverlap/f0E＝Pf0*T(p，f0)在对段R使用了DVS之后Tswitch＝max(tinvariant，Noverlap/f)+Nnonoverlap/f0Eswitch＝ER+Ep-R+Eswitch＝Pf*T(R，f)+Pf0*T(P-R，f0)+Pswitch*2*Num(R)判断这个段是否满足时间和功耗的限制条件Tswitch/T＜＝1+δE/Eswitch＞＝1+ρ综上，如果在代码扫描完成后的计算中，能满足上面两个条件，那么就可以对段R进行DVS操作。对整个程序插入DVS指令的模型对于一段程序，可以划分出多个能进行DVS指令的段，那么T和E的模型就变成了Eswitch＝E1+E2+E3+……+EnTswtich＝T1+T2+T3+……+Tn要满足的条件仍然是Tsw本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动态调频技术的节能编译方法，在代码扫描和代码生成步骤中间，添加编译模块，其特征在于：１）代码段处理方法：中间代码分段模块：在代码扫描阶段，对目标进行分段，段两端进行标记，并为每个段建立参数表，以备处理；　 　目标代码中的循环和函数调用都是相对独立的模块，适合做为段的候选，而对于跳转指令，因为跳转的不可预知性，不适合做为分段的标准；代码段处理模块：根据每个段的参数表，代入数学模型，判断该段两端是否适合插入ＤＶＳ指令，并对不能插入ＤＶＳ指 令的段进行进一步的处理；函数段的检查通过将参数代入数学模型进行。对于能够进行ＤＶＳ的程序段，两端插入函数调用；对于不能进行ＤＶＳ的段，通过窥孔优化中的填充加载等等优化手段进行优化，然后再次进行判断；２）判断程序段的数学模型　 　在一定的假设的理想状态下，模型分成两个部分，一是时间模型，一是功耗模型。两个模型从两个方面限制，如果时间上的损失超过一定的界限，那么这一段程序就不能使用ＤＶＳ技术；如果时间损失恰好能满足要求，但是功耗节约过少，那么也不能使用ＤＶＳ技术 ；３）插入ＤＶＳ指令对于适合ＤＶＳ指令的段，在段两端插入ＤＶＳ指令。ＤＶＳ指令的插入通过函数调用的形式来进行。在段的两端插入函数调用，而函数调用里面再调用系统的改变频率的系统调用。...

【技术特征摘要】
1.一种基于动态调频技术的节能编译方法，在代码扫描和代码生成步骤中间，添加编译模块，其特征在于1)代码段处理方法中间代码分段模块在代码扫描阶段，对目标进行分段，段两端进行标记，并为每个段建立参数表，以备处理；目标代码中的循环和函数调用都是相对独立的模块，适合做为段的候选，而对于跳转指令，因为跳转的不可预知性，不适合做为分段的标准；代码段处理模块根据每个段的参数表，代入数学模型，判断该段两端是否适合插入DVS指令，并对不能插入DVS指令的段进行进一步的处理；函数段的检查通过将参数代入数学模型进行。对于能够进行DVS的程序段，两端插入...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈天洲，梁晓，黄江伟，钱杰，吴心亮，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]