[發明專利]基于模擬器的微處理器微體系結構參數優化方法

有效

• 申請號: 201410673313.3
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN104361183B
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 王永文;王蕾;竇強;鄧宇;趙天磊;黃立波;陳微;隋兵才;倪小強;孫彩霞;張承義;高軍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙)43008
• 代理人: 趙洪,譚武藝

1.一種基于模擬器的微處理器微體系結構參數優化方法，其特征在于實施步驟如下：

1）分析時鐘精確的模擬器所描述的處理器微體系結構，構造微處理器的流水線模型；

2）在所述模擬器上運行目標應用程序，獲得模擬器的模擬輸出；

3）根據所述流水線模型，模擬輸出生成描述目標應用程序在目標微處理器的時鐘精確的模擬器上運行的有向無環圖作為相關圖，產生和修正所述相關圖中有向邊的權值；

4）計算所述有向無環圖的關鍵路徑得到關鍵路徑矩陣，關鍵路徑長度表示當前程序段在該處理器上執行的時間，根據關鍵路徑矩陣列出關鍵路徑所經過的節點，根據關鍵路徑的節點和邊的組成、關鍵路徑中每種類型邊的數量和延遲之和生成關鍵路徑報告；計算每個節點的每個入邊的松弛時間并生成松弛時間報告；

5）以所述關鍵路徑報告、松弛時間報告為基礎，分析微處理器在當前微體系結構參數配置下運行目標應用程序的性能瓶頸或功耗瓶頸；

6）根據微處理器在當前微體系結構參數配置下運行目標應用程序的性能瓶頸或功耗瓶頸的分析結果判斷微處理器微體系結構的參數是否需要優化，如果需要優化則將微體系結構參數進行調整，并跳轉執行步驟1）；如果不需要優化，則結束并退出；

所述步驟3）的詳細步驟如下：

3.1）根據所述流水線模型，模擬輸出生成描述目標應用程序在目標微處理器的時鐘精確的模擬器上運行的有向無環圖作為相關圖，所述相關圖中，每個節點表示底層微操作，所述底層微操作包括取指、譯碼、重命名、發射、執行和提交，節點之間的邊表示各個微操作的順序關系和觸發關系，每個節點的入邊表示這個節點所代表的微操作能夠被觸發所必須滿足的條件；針對數據相關的指令對，增加前一條指令的執行段到后一條指令執行段的相關邊；針對控制相關的指令對，增加前一條分支指令的執行段到后一條分支目標指令的取指段的相關邊；根據取指寬度和提交寬度增加前后指令的取指節點間和提交節點間的相關邊；所述相關邊的延遲標為1個時鐘周期；

3.2）根據模擬報告中每個模擬步觸發的變遷和變遷被觸發的時間，給有向無環圖中的對應節點增加屬性，屬性值為變遷被觸發的時間；

3.3）根據每條指令所使用的功能單元類型，更新有向無環圖中“執行”流水段對應的節點的出邊的延遲為功能單元的延遲或流水級數、其余邊的延遲設置為1個時鐘周期；

3.4）修正有向無環圖的權值；

3.5）生成上述修正權值后的有向無環圖的描述矩陣，所述描述矩陣的行和列都是有向無環圖的節點，所述描述矩陣中的元素表示節點間有無有向邊，如果節點間不存在有向邊，則所述元素的權值為零，如果節點間存在有向邊，則所述元素的權值為該邊的權值。

2.根據權利要求1所述的基于模擬器的微處理器微體系結構參數優化方法，其特征在于，所述步驟2）中獲得模擬器的模擬輸出包括：

2.1）在模擬器上運行的目標測試程序的動態指令序列；

2.2）動態指令序列的指令間的相關關系，所述指令間的相關關系包括指令間的數據相關、控制相關和結構相關信息；

2.3）動態指令序列每條指令所使用的功能單元；

2.4）分支指令的分支預測結果；

2.5）每條指令進入每個流水段和離開每個流水段的時間。

3.根據權利要求2所述的基于模擬器的微處理器微體系結構參數優化方法，其特征在于：所述步驟2.2）中的所述數據相關是指流水線中后發射的指令的源操作數是先發射指令的目的操作數，后發射的指令必須要等待先發射的數據相關的指令計算出結果后才能獲得源操作數并繼續執行；所述控制相關是指流水線中后發射的跳轉指令的判斷條件是先發射指令的計算結果，后面的跳轉指令必須要等待先發射的相關指令計算出結果后才能真正得到解析得出指令流的正確方向；所述結構相關流水線中先發射的指令和后發射的指令使用相同的功能單元或者有限的系統資源。