淺析玄鐵團(tuán)隊RISC-V 在Android上的進(jìn)展

近日Google負(fù)責(zé)Android平臺編程語言的Lars Bergstrom和負(fù)責(zé)低級操作系統(tǒng)的Greg Simon在開源博客撰文分享Google在推進(jìn)Android在RISC-V指令集架構(gòu)上運行的最新成果。目前Google不僅接受補丁還開始在Android中成熟地支持 RISC-V。文章表示，當(dāng)前針對Android Runtime（ART）的優(yōu)化仍在進(jìn)行中。

今年中國峰會上玄鐵團(tuán)隊也分享了在ART上的一些工作和社區(qū)進(jìn)展，邀請技術(shù)專家夏立方帶來在ART上的技術(shù)分享。11月7日在北美峰會上玄鐵團(tuán)隊也將帶來最新ART優(yōu)化工作進(jìn)展，敬請關(guān)注。

RISC-V 在Android上的進(jìn)展

回顧玄鐵安卓的技術(shù)開發(fā)之旅，從2021年開始在 RISC-V 上移植Android 10，到現(xiàn)在即將迎來首款基于Android 的 RISC-V 產(chǎn)品，參與了 RISC-V 的重要時刻。

2021年04月 先后移植了Android 10和Android 12版本

2021年08月 在 RISC-V 基金會成立了Android SIG

2021年09月 開始在谷歌的AOSP主線上提交patch

2022年12月 在XuanTie TH1520測試板上就跑通了CTS和VTS，并在美國峰會上做了技術(shù)分享和demo展示

2023年01月 Google宣布AOSP會以“Tier-1”級別支持 RISC-V

2023年07月 玄鐵生態(tài)伙伴發(fā)布支持AOSP主線的開發(fā)板

2024年 基于Android on RISC-V 的產(chǎn)品原型即將面世

ART

ART是Android的framework，是非常核心的一個組件。很多應(yīng)用的運行，都離不開ART虛擬。

ART的組成部分是解釋器、GC、Runtime還有Dex JNI的編譯器，以及匯編器。除了這些以外，基于ART還有一些其他的工具，類比于我們的傳統(tǒng)的GCC，它有dex2oat工具用來編譯dex字節(jié)碼，生成OAT文件，oatdump用來反匯編OAT文件。

在 RISC-V 上，我們需要porting的工作包括：解釋器、Runtime、Dex Compiler、JNI Compiler和宏匯編器。

優(yōu)化工作

玄鐵在ART上做的一些優(yōu)化工作，主要是集中在Compiler以及Runtime的部分。在Compiler部分，我們的優(yōu)化主要實現(xiàn)了八十多個intrinsics接口，同時增加了一部分指令的優(yōu)化。在Code Generator里，實現(xiàn)了90+ instruction visitor。Micro Assemble主要是針對 RISC-V 指令集的支持，目前支持IMAFD的標(biāo)準(zhǔn)指令集以及玄鐵擴展指令集。

在Runtime里面的話，我們實現(xiàn)了一個新的解釋器Nterp，是Android 12里新引入的一個解釋器。我們還對一些Quick Entries的匯編實現(xiàn)采用玄鐵擴展指令集進(jìn)行重寫優(yōu)化。除了ART，我們還在bionic中做了優(yōu)化，主要是集中在C庫和數(shù)學(xué)庫，在C庫中，采用Vector指令集對memcpy，memset，memcmp，strcpy，strcmp等基礎(chǔ)函數(shù)進(jìn)行重寫優(yōu)化。而數(shù)學(xué)庫則采用了llvm編譯器對builtin函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

玄鐵擴展指令集優(yōu)化收益

在過去的一年里，除了升級Android10到Android12以外，我們花費了很大的精力在使用采用玄鐵擴展集對ART進(jìn)行優(yōu)化?？梢詮囊韵碌膸讉€benchmark對比數(shù)據(jù)看到玄鐵擴展指令集帶來的收益（數(shù)據(jù)截至2023年10月）。

首先是Android Java虛擬機一個比較早的跑分工具Caffinemark，可以看到玄鐵擴展指令集對于整數(shù)計算、循環(huán)都有15%以上的收益，對于其他幾項也都是正向的收益。

第二個是關(guān)于數(shù)學(xué)函數(shù)的一個benchmark，SCIMath2。在這個benchmark上有15%以上的提升。

最后一部分是ART自帶的一些benchmark，以及一些面向編程語言benchmark，在這些benchmark上也有正向的提升。對于JObjectBenchmark提升尤其明顯，接近5倍的提升。

ART主線Upstream工作分享

玄鐵團(tuán)隊在ART主線上的支持工作

去年的九月份開始AOSP主線支持 RISC-V 的編譯，之后我們陸續(xù)在今年三月支持了純C++的解釋器支持；五月份在Google團(tuán)隊的支持下支持了Nterp解釋器；六月份完成對匯編器的支持。目前的工作主要是集中編譯器和反匯編。

截至目前為止，玄鐵團(tuán)隊貢獻(xiàn)了超過七十多個的commit。

ART未來支持計劃

在過去的一段時間里，我們參與社區(qū)合作，社區(qū)已完成：

Dex編譯器中的CodeGen，反匯編工作

Micro assembler中的Zb*擴展

QuickEntries的實現(xiàn)

目前正在進(jìn)行的是實現(xiàn)Dex Compiler中的Intrinsics。在后續(xù)的工作計劃中，主要集中在兩個部分：

Vector 1.0的支持

持續(xù)性的性能分析和優(yōu)化工作

我們希望有更多的開發(fā)者可以加入，參與對ART的貢獻(xiàn)。

審核編輯：黃飛