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动态二进制翻译系统中浮点运算单元研究

蔡战举  
【摘要】: 在动态二进制翻译系统中,浮点运算单元是用来翻译和执行浮点运算指令的一个重要组成部分。它负责翻译前端可执行程序中的浮点指令,使得相应逻辑能够在后端处理器上正确执行。浮点运算单元在保证正确性的前提下,提高其性能是一个重要指标。 CrossBit是一个可重定向的动态二进制翻译系统,在X86后端中已利用X87浮点指令实现了浮点运算单元。除了X87浮点运算单元,X86平台还有SSE浮点运算单元。本文研究如何在CrossBit中综合利用这两个浮点运算单元,构造一个更高效的混合式的浮点运算单元,从而提高CrossBit浮点运算单元的执行性能。要使CrossBit能够使用SSE浮点指令,需要有既能够表达前端MIPS浮点指令,又能够表达后端SSE浮点指令的中间指令。 在混合式浮点运算单元设计与实现过程中,论文的主要工作包括: 一、扩充和改进中间指令,解决了中间指令能够同时表达X87浮点指令和SSE浮点指令的问题。 二、X87浮点指令和SSE浮点指令共享前端浮点状态部件,解决了两种指令能够共存的问题。 三、实现了前端MIPS指令到扩充后中间指令的解释器。 四、实现了扩充后中间指令到后端X87和SSE浮点指令的翻译器。 五、实现了简化的图染色寄存器分配算法,与动态二进制翻译系统中几种常见寄存器分配算法进行了比较,实验表明,该算法具有最优性能。使用该算法实现了浮点寄存器分配器。 本文在自主研发的动态二进制翻译基础研究平台CrossBit实施了该浮点运算单元,能够正确执行基本浮点运算指令。实验表明,混合式浮点运算单元综合了两种浮点运算单元的优点,具有优越的性能。


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