一种RISCV指令集二进制翻译与动态优化方法与流程

一种riscv指令集二进制翻译与动态优化方法
技术领域
1.本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种riscv指令集二进制翻译与动态优化方法。


背景技术：

2.在传统系统中，执行程序通常分为两种方式：静态编译和解释执行。静态编译只需要在执行之前进行一次编译，生成可执行文件，然后由操作系统加载并执行。解释执行则是在运行时解释每一条指令，不需要生成可执行文件。两种方式都有各自的优点和缺点，而riscv指令集则提供了一种新的可能：二进制翻译和动态优化。
3.在riscv处理器上，静态编译可能会导致一些问题，例如由于处理器体系结构的不同，某些指令的翻译不够准确，甚至出现错误。动态优化方法就是在运行时翻译和优化程序，能够充分利用处理器资源，更好地适应各种不同的处理器架构。
4.在本发明中，利用llvm为riscv指令集提供了一些静态编译的优点，而在运行时动态翻译和优化则解决了静态编译的一些限制性问题，最终实现了最佳的性能和功耗效率的平衡。
5.trace-based的代码生成器可以有效地优化user-defined的指令，提高指令的执行速度，避免单条指令之间的延迟。同时，通过识别和优化热点代码，可以大幅提高处理器的性能和功耗效率。此外，还采用了自适应编译技术，能够根据实际的运行环境来决定性能或功耗效率的优化方案，使得系统更加灵活和高效。
6.除了这些优点，riscv指令集的开放式和免费的指令集结构，使得cpu设计者可以快速地创建适合自己应用场景的指令集，具有很大的潜力。因此，本发明提出的二进制翻译与动态优化方法，对于提高riscv处理器的性能和功耗效率，在实际应用中具有广泛的应用前景。


技术实现要素：

7.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种riscv指令集二进制翻译与动态优化方法，本发明的系统可用于在riscv架构的处理器中实现高效的二进制代码翻译与动态优化，从而提高处理器的性能和功耗效率。该方法在静态编译和运行时动态翻译之间进行切换，实现了最佳的性能和功耗效率的平衡。
8.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
9.一种riscv指令集二进制翻译与动态优化方法，包括以下步骤：
10.步骤1:将riscv指令集的源代码编译为ir中间表示形式；
11.采用llvm编译器将riscv源码编译为llvm ir代码，使得后续的处理更为方便。llvm ir是一种平台中立的、高级的汇编语言，可在不关心具体实现的情况下进行处理。
12.步骤2:转换ir代码为与目标平台相适应的二进制代码，选择了目标平台方案自带的llvm工具，生成用于目标平台的二进制代码。这种方法可以充分利用目标平台特性，提高
编译的效率和代码的执行效率。
13.步骤3.跟踪执行指令序列并生成trace代码，采用jit(即时编译)处理引擎，生成trace代码。在jit编译过程中，将热点代码块打包成trace块，避免了注重执行效率的指令之间的延迟。
14.步骤4对trace代码进行自动识别、优化和编译，使用自适应技术，根据实际需求进行编译和优化。在这一步中，本发明采用了trace-based的代码生成器，能够优化user-defined的指令，识别热点代码块，快速编译和优化trace段，针对时间、功耗、存储资源进行可变的优化。
15.步骤5.将优化后的trace代码传递给riscv处理器中运行，选择最优算法，在riscv处理器中执行已经优化并转换为trace的代码，以提高处理器的性能和功耗效率。
16.本发明通过使用llvm，跟踪执行指令序列，并采用自适应技术、trace-based的代码生成器和优化，可实现对riscv指令集的二进制翻译和动态优化，取得了良好的效果。
17.本发明的有益效果在于：
18.本发明采用动态优化方法，实现了对处理器的有效优化，提高了系统的执行效率。trace-based的代码生成器可以针对实际应用场景中出现的热点代码块进行优化，能够有效地缩短指令的执行时间，提高系统的执行效率。
19.提高处理器的功耗效率，riscv指令集的二进制翻译与动态优化方法及系统在运行时动态地翻译和优化程序，充分利用了处理器的资源，能够实现功耗效率的提升；采用自适应编译技术能够根据实时的运行环境来决定性能或功耗效率的优化方案，使得系统更加灵活和高效。
20.适应各种不同的处理器架构，针对不同的处理器结构，采用目标平台方案自带的llvm工具生成相应的二进制代码，能够更好地适应各种不同的处理器体系结构；采用trace-based的代码生成器和自适应编译技术，还可以实现可变的优化，使得处理器更好地适应不同的应用场景。
21.提高可靠性，静态编译可能会导致由于处理器架构不同导致的指令翻译错误等问题，而动态优化方法可以在运行时对问题进行处理和优化，提高了代码的可靠性。
22.riscv指令集的二进制翻译与动态优化方法及系统，能够实现对处理器的有效优化，提高系统的执行效率和功耗效率，具有良好的适应性和可变性，将对riscv处理器及其应用场景带来重要的技术进步。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要实用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明流程图。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行
详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
26.在任一实施例中，如图1所示，本发明的一种riscv指令集二进制翻译与动态优化方法，包括以下步骤：
27.选择合适的riscv处理器架构，根据实际需求，选择合适的riscv处理器架构，包括指令集、逻辑架构、物理构建等，同时考虑到目标平台的实际情况，选择符合要求的嵌入式处理器芯片等。
28.编译生成llvm ir中间表示形式采用llvm编译器，将riscv指令集的源代码编译为ir中间表示形式。llvm ir是一种高级的汇编语言，可在不关心具体实现的情况下进行处理，为后续的处理提供方便。
29.将ir代码转换为适合目标平台的二进制代码，在llvm工具链里，采用目标平台方案自带的llvm工具，生成用于目标平台的二进制代码。这种方法可以充分利用目标平台特性，提高编译的效率和代码的执行效率。
30.二进制代码转换为trace代码，针对所选平台编写跟踪执行指令序列并生成trace代码的程序，适配所选平台指令集架构，通过jit技术将运行时的代码转换为执行trace代码的过程，以提高系统的执行效率。
31.自动识别和优化热点代码块，编写trace-based的代码生成器，可以针对跟踪执行得到的指令序列，自动识别和优化热点代码块，提高指令执行效率，避免指令执行之间的延迟。在优化上，采用自适应编译技术，能够根据实时的运行环境来决定性能或功耗效率的优化方案，使得系统更加灵活和高效。
32.在riscv处理器中执行优化后的trace代码，通过选择最优算法，在riscv处理器中执行已经优化并转换为trace的代码，以提高处理器的性能和功耗效率。
33.本发明riscv指令集的二进制翻译与动态优化方法及系统的具体实施方式包括了编译、转换、优化和执行等步骤，能够实现对处理器的动态优化，提高系统的执行效率和功耗效率，具有广泛的应用前景。
34.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

技术特征：
1.一种riscv指令集二进制翻译与动态优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将riscv指令集的源代码编译为ir中间表示形式；步骤2，转换ir代码为与目标平台相适应的二进制代码，选择了目标平台方案的llvm工具，生成用于目标平台的二进制代码；步骤3，跟踪执行指令序列并生成trace代码，采用jit处理引擎，生成trace代码；步骤4，对trace代码进行自动识别、优化和编译，使用自适应技术，根据实际需求进行编译和优化；步骤5，将优化后的trace代码传递给riscv处理器中运行，选择最优算法，在riscv处理器中执行已经优化并转换为trace的代码。2.如权利要求1所述的一种riscv指令集二进制翻译与动态优化方法，其特征在于，所述步骤1中，采用llvm编译器将riscv源码编译为llvm ir代码。3.如权利要求1所述的一种riscv指令集二进制翻译与动态优化方法，其特征在于，所述步骤4中，采用了trace-based的代码生成器，用于优化user-defined的指令，识别热点代码块，快速编译和优化trace段。4.如权利要求1所述的一种riscv指令集二进制翻译与动态优化方法，其特征在于，所述步骤4中，编写trace-based的代码生成器，针对跟踪执行得到的指令序列，自动识别和优化热点代码块。

技术总结
本发明公开了一种RISCV指令集二进制翻译与动态优化方法，通过使用LLVM，跟踪执行指令序列，并采用自适应技术、TRACE-based的代码生成器和优化，可实现对RISCV指令集的二进制翻译和动态优化，提高处理器的功耗效率，RISCV指令集的二进制翻译与动态优化方法及系统在运行时动态地翻译和优化程序，充分利用了处理器的资源，能够实现功耗效率的提升；采用自适应编译技术能够根据实时的运行环境来决定性能或功耗效率的优化方案，使得系统更加灵活和高效。效。效。


技术研发人员：肖尧
受保护的技术使用者：四川长虹电子控股集团有限公司
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/9/23