FT64-2核级汇编器的研究与实现

论文摘要

流处理器以其强大的计算能力、较低的功耗和灵活的可编程性,成为当前新型体系结构的研究热点。FT64-2是国防科大自主设计开发的64位流处理器芯片,它从指令集系统、流控制器、微码控制器、计算簇、存储层次以及网络接口和主机接口等多个方面进行了面向科学计算的优化和64位的扩展设计。FT64-2采用流级/核级的两级编程模型,分别使用StreamC/KernelC作为其编程语言,本文对如何设计和实现FT64-2的核级汇编器,进行了深入的研究和分析。本文对流体系结构进行了详细研究,包括流处理模型、流编程模型、KernelC编程语言以及FT64-2的体系结构特点,并对目前的汇编器实现方法进行仔细分析。在此基础上,设计了FT64-2汇编器的总体框架。本文还深入探讨了FT64-2汇编器实现的关键技术,内容涉及核级汇编指令的设计,汇编器的优化,并通过模块化的设计,将汇编代码翻译成机器代码,保证了汇编器的高效与正确。本文的主要工作和创新如下:1.分析了FT64-2流处理器体系结构及其特点,设计了核级汇编指令格式;2.基于FT64-2机器指令的特点,设计和实现了核级汇编器的优化算法。通过汇编指令的调度,将可以并行的指令打包;3.实现了汇编指令到超长指令字的翻译;4.通过四个科学计算领域常用的计算核心GEMM、Jacobi、Laplace和FFT对核级汇编器进行测试,验证了该汇编器是高效且正确的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 课题项目的背景与意义
• 1.1.2 汇编器的研究现状分析
• 1.2 课题的主要工作
• 1.3 文章内容安排
• 第二章 FT64-2 核级汇编器框架设计
• 2.1 流体系结构系统模型研究
• 2.1.1 流处理模型
• 2.1.2 流编程模型
• 2.1.3 FT64-2 流体系结构及其特点研究
• 2.2 FT64-2 核级汇编器框架
• 2.3 工作准备
• 2.4 本章小结
• 第三章 FT64-2 核级汇编器关键技术研究
• 3.1 GAS 汇编器及其相关技术研究
• 3.1.1 GAS 汇编器研究
• 3.1.2 基于GAS 的核级汇编器
• 3.2 核级汇编指令
• 3.2.1 核级汇编指令格式
• 3.2.2 核级汇编指令类型
• 3.3 汇编器优化技术
• 3.3.1 数据相关图
• 3.3.2 指令调度
• 3.4 翻译技术研究
• 3.4.1 VLIW 技术
• 3.4.2 核级机器指令分析
• 3.4.3 翻译策略
• 3.5 本章小结
• 第四章 FT64-2 核级汇编器的实现
• 4.1 核级汇编指令设计与指令功能
• 4.2 汇编器优化实现
• 4.2.1 初始化
• 4.2.2 构造数据相关图
• 4.2.3 资源冲突分析
• 4.3 VLIW 翻译
• 4.3.1 初始化
• 4.3.2 提取汇编指令信息
• 4.3.3 机器指令实现
• 4.3.4 并行优化
• 4.3.5 生成超长指令字
• 4.4 本章小结
• 第五章 测试
• 5.1 优化效果测试
• 5.1.1 GEMM
• 5.1.2 Jacobi
• 5.1.3 Laplace
• 5.1.4 FFT
• 5.1.5 结果分析
• 5.2 正确性测试
• 5.2.1 单条超长指令字测试
• 5.2.2 全系统测试
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 课题工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果