徐岳濤

摘 要：隨著各種嵌入式智能設(shè)備的廣泛普及和應(yīng)用，人們生活質(zhì)量得到了顯著提升，然而由此引起的環(huán)境和資源問題也越來越嚴(yán)重。以低污染、低能耗為目標(biāo)的綠色需求已經(jīng)成為當(dāng)今社會可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。為降低嵌入式系統(tǒng)的能耗，提高嵌入式設(shè)備中各資源利用率，不僅要從材料選取、設(shè)備制造進(jìn)行改進(jìn)，也要對其上運(yùn)行的軟件進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化，從而使系統(tǒng)適應(yīng)不斷增長的綠色需求。

關(guān)鍵詞：綠色編譯器；綠色評估模型；指令調(diào)度

如今，半導(dǎo)體技術(shù)、移動智能終端設(shè)備迅猛發(fā)展，并且產(chǎn)品種類繁多，功能豐富，應(yīng)用范圍廣泛，涉及到人們的工作、生活和學(xué)習(xí)的各個方面，極大地滿足了人們的物質(zhì)需求，人們對其的使用數(shù)量和使用頻度也逐步增長。但是，電子產(chǎn)品的迅速發(fā)展也帶來了諸多負(fù)面影響，如巨大的能源消耗，釋放溫室氣體，電子垃圾含大量有毒物質(zhì)等等，這些問題我們不容小視。針對以上提到的能源環(huán)境問題，以低成本、高功效、低污染、低能耗為目標(biāo)的綠色技術(shù)已經(jīng)成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。隨著IT設(shè)備智能化自動化程度的提高，設(shè)備的功效、能耗不僅與設(shè)備硬件質(zhì)量有關(guān)，也會受到其上運(yùn)行軟件的影響。在相同的設(shè)備硬件上運(yùn)行不同的軟件程序，將產(chǎn)生不一樣的能耗。因此，怎樣從軟件方面提高電子智能設(shè)備的綠色指標(biāo)也是至關(guān)重要的問題。

1 嵌入式系統(tǒng)的指令調(diào)度方法

指令調(diào)度的主要目標(biāo)是在滿足控制依賴和數(shù)據(jù)依賴的前提下，對執(zhí)行序列進(jìn)行調(diào)整處理，從而使生成的目標(biāo)代碼有較大的并行性，確保處理器充分發(fā)揮流水線能力，進(jìn)一步提高執(zhí)行過程中的性能和能效。通用處理器是從系統(tǒng)硬件層面為程序的并行性能提供較為困難的處理邏輯來保證程序的執(zhí)行效率，因此對于編譯的指令調(diào)度要求不是很高。如今，人們對于綠色電子的需求越來越高，這就要求處理器的硬件結(jié)構(gòu)越簡單高效越好。因此，研發(fā)人員也就提出了各種各樣的簡單高效的嵌入式處理器，如隨機(jī)處理器、時(shí)序推測處理器等等。這些新型的簡單高效能處理器使得傳統(tǒng)處理器失去了原有的優(yōu)勢，人們開始重點(diǎn)考慮良好的軟件層面指令調(diào)度的算法。此外，芯片的體積正在向著小型化發(fā)展，總線的布置也越來越密集，總線的能耗以及傳輸穩(wěn)定性、信息可靠性都受到影響。因此，如何對新型結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行優(yōu)化，以提高體系的綠色指標(biāo)已成為綠色需求中至關(guān)重要的問題。在提高總線能效的過程中，考慮到總線翻轉(zhuǎn)編碼即簡單又高效，所以常將其應(yīng)用于嵌入式體系結(jié)構(gòu)之中。對于TS處理器以及帶翻轉(zhuǎn)編碼的嵌入式結(jié)構(gòu)，一般采用適應(yīng)性指令調(diào)度的優(yōu)化方法，以降低總能系統(tǒng)能耗，提高處理器功效，均衡各個線路的使用率，從而使相應(yīng)體系結(jié)構(gòu)的綠色優(yōu)化指標(biāo)穩(wěn)定提升。

處理器、存儲器和總線系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中能源消耗的主要部件。一般指令調(diào)度的方法是針對特定體系機(jī)構(gòu)的某一特定方面，比如隨機(jī)處理器的存儲器部分，帶總線翻轉(zhuǎn)編碼的總線部分，很少綜合該指令調(diào)度方法對多個部分的影響。因此，怎樣綜合考慮多個方面的因素，設(shè)計(jì)針對多目標(biāo)的指令調(diào)度方法是日后研發(fā)人員的研究重點(diǎn)。

2 多目標(biāo)數(shù)據(jù)分配優(yōu)化方法

存儲系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成部分，其資源利用度以及能耗直接影響系統(tǒng)的綠色指標(biāo)。而編譯時(shí)對數(shù)據(jù)的合理分配正是對存儲系統(tǒng)資源利用度的直觀表現(xiàn)。數(shù)據(jù)的分配方案不同，就會產(chǎn)生不同的存儲利用率以及能耗。于此同時(shí)，數(shù)據(jù)分配方案的差異也會改變程序最終生成的指令，從而使數(shù)據(jù)總線中的傳輸耗損和傳輸能耗等綠色指標(biāo)受到影響。怎樣在數(shù)據(jù)分配過程中綜合考慮系統(tǒng)的綠色指標(biāo)以及總線的綠色指標(biāo)是提高整個系統(tǒng)綠色指標(biāo)的重點(diǎn)。

編譯器優(yōu)化過程的重要環(huán)節(jié)之一就是數(shù)據(jù)分配。數(shù)據(jù)分配通過對系統(tǒng)可用資源以及程序中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定哪些寄存器儲存哪些數(shù)據(jù)，哪些內(nèi)存存放哪些數(shù)據(jù)，從而保證程序在有限的存儲空間中可以順利運(yùn)行。針對不同的優(yōu)化目標(biāo)，有相應(yīng)的數(shù)據(jù)分配方案，比如中斷比較多的嵌入式程序就希望盡可能少的寄存器，以減少中斷恢復(fù)和中斷保護(hù)的開銷；而性能比較優(yōu)化的程序就希望充分使用所有儲存器，盡可能減少其訪問內(nèi)存頻率，提高執(zhí)行能力。由于寄存器數(shù)量有限，程序中不可避免會要求把一些計(jì)算結(jié)果和變量移存到緩存或內(nèi)存等存儲單元。因此，怎樣合理的分配這些數(shù)據(jù)，也是提高系統(tǒng)綠色指標(biāo)不可忽視的重要部分。數(shù)據(jù)分配不僅僅是編譯器后面端口的主要任務(wù)，并且在程序運(yùn)行時(shí)對總線系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)的綠色指標(biāo)也有著重要影響。

3 結(jié)語

本文的某些優(yōu)化理論是在現(xiàn)有技術(shù)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，雖然可以在一定程度上提升綠色指標(biāo)，但是，綠色指標(biāo)的提升度并不是特別明顯。怎樣根據(jù)新的綠色指標(biāo)需求的特點(diǎn)，而設(shè)計(jì)研發(fā)出針對性比較強(qiáng)的編譯優(yōu)化方法，這對于綠色編譯技術(shù)的提高有著更積極的作用。雖然編譯技術(shù)已經(jīng)有了很長的研究，但是還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，綠色編譯技術(shù)仍然還存在著很大的發(fā)展空間。

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