C語言代碼、匯編代碼與數(shù)據(jù)依賴圖 - 嵌入式系統(tǒng)中軟件優(yōu)化的低功耗設(shè)計

　　圖3為未使用文中的算法前指令的執(zhí)行順序。注意，圖中的黑體字，即V2、V6以及V9，與其他指令不同。它們是ADD或者MPY指令，需要用到系統(tǒng)的ALU部件。在同一指令周期中，可以同時執(zhí)行ALU運算以及MOVE操作，但是不可以同時執(zhí)行兩個ALU操作。

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　　圖3指令排序前結(jié)點的執(zhí)行順序

　　節(jié)點的第二個權(quán)值，表示相關(guān)寄存器的生命周期。如圖4所示，V0所依賴的寄存器是R0，它的生命周期為1到3，即為2。從圖中可以得出以下結(jié)論：此段程序總共需要11個指令周期和最少同時使用2個寄存器。

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　　圖4指令排序前的狀況

　　圖5為基于本文的算法，將指令重新排序后的情況。程序總的執(zhí)行周期變?yōu)?，但是所占用的寄存器個數(shù)增加到3。由此也可以看到，程序的執(zhí)行周期與寄存器的個數(shù)之間也是一個折衷權(quán)衡的結(jié)果。

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　　圖5基于排序算法后的情況

　　文中借用了參考文獻[3]中所建立的模型，用以計算程序的耗電量。在圖5中，程序執(zhí)行時所需要的總電流I=780 MA，總的執(zhí)行周期數(shù)為N=6，因此消耗電路E=N×I=6×780 MA=4 680 MA。不使用任何算法的情況，即圖2所示，E=N×I=1 080×11=11 880 MA。通過使用文中的算法，將程序執(zhí)行周期減少了，同時程序的功耗也降低了。也就是說，通過使用文中的算法，程序的執(zhí)行性能得到提高，系統(tǒng)的功耗也最大程度地得到了優(yōu)化。由此可見，在這一層面上，采用何種算法是非常重要的。

　　2.2 算法描述

　　文中的算法是基于文獻[5]中提出的以串列為基礎(chǔ)的排序機制，主要是以減少程序的執(zhí)行周期為目的，同時考慮到使用盡量少的寄存器。程序的描述如下：

　　① 構(gòu)造數(shù)據(jù)依賴圖DDG。

　?、?構(gòu)造帶權(quán)的元組，其中第一個權(quán)值為結(jié)點在DDG中的深度，設(shè)為P;第二個權(quán)值為生命周期，設(shè)為L。

　　③ 查找就緒表R(如圖3所示)。

　　④ While就緒表R不為空 Do

　　P值為最高結(jié)點所具有的最高優(yōu)先級

　　If當前指令周期中的結(jié)點的深度　　If存在幾個結(jié)點

　　If結(jié)點具有相同的優(yōu)先級

　　If結(jié)點具有相同的生命周期

　　則在DDG中處于相同子樹的結(jié)點具有高優(yōu)先級，加入到新的排序序列中(使在進行ALU操作時執(zhí)行1至2條MOVE指令成為可能)

　　Else

　　生命周期越小的結(jié)點越具有高優(yōu)先級，加入到新的排序序列中(用于減少寄存器數(shù))

　　Else

　　具有最大深度的結(jié)點具有高優(yōu)先級，加入到新的排序序列中(用于減少指令周期)　　Else直接加入到新的排序序列中

　　Else

　　Break

　　在以上的算法中，結(jié)點的深度是最為重要的。它用于控制整個程序所需的指令周期數(shù)，從而使程序的功耗得到有效的控制。另外，結(jié)點的生命周期也是相當重要的，它可以控制程序中所用到的寄存器的個數(shù)。這在DSP處理器中顯得尤為重要。同時，該算法也充分利用了處理器的數(shù)據(jù)并行處理能力，為在同一指令周期內(nèi)執(zhí)行不同的操作提供了可能。

　　3 結(jié)論

　　近年來，功耗成為嵌入式應用領(lǐng)域的一個越來越令人關(guān)注的問題。尤其是在移動設(shè)備中，由于通過電池供電，功耗顯得尤為重要。當前的編譯器很少能夠充分利用處理器的各種特性，因此編譯生成的代碼不能與那些專家級匯編程序員寫出的代碼相提并論。本文從軟件角度出發(fā)，提出了一個優(yōu)化編譯器，對指令進行重新排序的算法，通過優(yōu)化編譯器來實現(xiàn)降低系統(tǒng)的功耗。下一步工作則要選擇和研究某種特定的微處理器，然后創(chuàng)建相關(guān)工具，產(chǎn)生這種微處理器的指令集功耗信息，再進一步運用該算法實現(xiàn)編譯優(yōu)化，最終實現(xiàn)功耗的優(yōu)化。