本發(fā)明涉及形式化語義領(lǐng)域，尤其涉及基于代數(shù)演算的中間代碼優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

嵌入式方法的硬件往往根據(jù)具體應(yīng)用而定制，為了獲得更多的軟件支持，通常需要編寫專用的編譯器以完成高級語言到具體的目標(biāo)平臺代碼的轉(zhuǎn)換，并同時滿足嵌入式方法對高性能、高可靠性、低功耗等要求。不同目標(biāo)平臺擁有不同的特性，開發(fā)目標(biāo)平臺專用的編譯器往往成本太高。本發(fā)明提出了基于代數(shù)演算的中間代碼方法，根據(jù)可由用戶定制的優(yōu)化策略，對中間代碼進(jìn)行優(yōu)化，生成高效的目標(biāo)平臺機(jī)器碼。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了基于代數(shù)演算的中間代碼優(yōu)化方法，所述方法包括：

高級語言轉(zhuǎn)換步驟，將輸入的源代碼、其他形式的中間語言程序轉(zhuǎn)換成為所述優(yōu)化方法使用的中間語言程序，所述其他形式的中間語言指與所述優(yōu)化方法所使用的中間語言不同的中間語言；

優(yōu)化步驟，向用戶提供優(yōu)化策略定制，允許用戶提供目標(biāo)平臺硬件特性，定制特別的優(yōu)化策略，使用優(yōu)化策略對所述高級語言轉(zhuǎn)換步驟的中間語言進(jìn)行優(yōu)化，得到經(jīng)過優(yōu)化的中間代碼；

目標(biāo)代碼生成步驟，將經(jīng)過優(yōu)化的中間代碼生成目標(biāo)平臺的可執(zhí)行機(jī)器碼。

其中，所述優(yōu)化步驟中向用戶提供優(yōu)化策略定制包括：

對優(yōu)化后的中間語言程序進(jìn)行控制流和數(shù)據(jù)流分析，總結(jié)出優(yōu)化目標(biāo)并轉(zhuǎn)換為代數(shù)規(guī)則。

其中，所述優(yōu)化目標(biāo)包括消除復(fù)雜算子或消除循環(huán)冗余。

其中，對優(yōu)化后的中間語言程序進(jìn)行控制流分析得到該程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)，通過把所述循環(huán)轉(zhuǎn)換為有限條件選擇來消除循環(huán)。

其中，所述代數(shù)規(guī)則為代數(shù)等式的形式，等式左邊是優(yōu)化前的結(jié)構(gòu)，等式右邊是優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)。

其中，對所述中間語言程序進(jìn)行到達(dá)定值數(shù)據(jù)流分析，得到該程序中每個點(diǎn)處的變量值，從而對所述程序進(jìn)行合并已知量的優(yōu)化操作。

其中，此時代數(shù)規(guī)則表現(xiàn)為代數(shù)等式的形式，等式左側(cè)位變量組成的表達(dá)式，而等式右側(cè)為左側(cè)表達(dá)式當(dāng)前的值，此優(yōu)化規(guī)則減少公共表達(dá)式計(jì)算的次數(shù)。

其中，所述優(yōu)化步驟中向用戶提供優(yōu)化策略定制包括：

對優(yōu)化后中間語言程序進(jìn)行大量的仿真實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出優(yōu)化目標(biāo)并轉(zhuǎn)換為代數(shù)規(guī)則。

其中，不同程序的應(yīng)用場景不同，利用程序仿真模擬運(yùn)行場景，收集程序運(yùn)行時信息，制定優(yōu)化方向，使得優(yōu)化更符合當(dāng)前待優(yōu)化程序的特點(diǎn)。

本發(fā)明的有益效果包括：

本發(fā)明基于形式化代數(shù)語義，所有的輸入代碼都可以在代數(shù)規(guī)則的支持下進(jìn)行等價變化。代數(shù)規(guī)則的合理性，保證了轉(zhuǎn)換的正確性。

本發(fā)明根據(jù)不同的優(yōu)化策略，可以對中間語言進(jìn)行不同程度的優(yōu)化，保證本方法廣泛的應(yīng)用范圍。

本發(fā)明提供半自動化、半自動化的程序中間代碼優(yōu)化。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1是本發(fā)明基于代數(shù)演算的中間代碼優(yōu)化方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實(shí)施方式。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實(shí)施方式，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施方式所限制。相反，提供這些實(shí)施方式是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提出一種基于代數(shù)演算的中間代碼優(yōu)化方法，所述方法包括：高級語言轉(zhuǎn)換步驟，將輸入的源代碼、其他形式的中間語言程序轉(zhuǎn)換成為所述優(yōu)化方法使用的中間語言程序，所述其他形式的中間語言指與所述優(yōu)化方法所使用的中間語言不同的中間語言；

優(yōu)化步驟，向用戶提供優(yōu)化策略定制，允許用戶提供目標(biāo)平臺硬件特性，定制特別的優(yōu)化策略，使用優(yōu)化策略對所述高級語言轉(zhuǎn)換步驟的中間語言進(jìn)行優(yōu)化，得到經(jīng)過優(yōu)化的中間代碼；

目標(biāo)代碼生成步驟，將經(jīng)過優(yōu)化的中間代碼生成目標(biāo)平臺的可執(zhí)行機(jī)器碼。

其中，所述優(yōu)化步驟中向用戶提供優(yōu)化策略定制包括：

對優(yōu)化后的中間語言程序進(jìn)行控制流和數(shù)據(jù)流分析，總結(jié)出優(yōu)化目標(biāo)并轉(zhuǎn)換為代數(shù)規(guī)則。

其中，所述優(yōu)化目標(biāo)包括消除復(fù)雜算子或消除循環(huán)冗余。

其中，對優(yōu)化后的中間語言程序進(jìn)行控制流分析得到該程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)，通過把所述循環(huán)轉(zhuǎn)換為有限條件選擇來消除循環(huán)。

其中，所述代數(shù)規(guī)則為代數(shù)等式的形式，等式左邊是優(yōu)化前的結(jié)構(gòu)，等式右邊是優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)。

其中，對所述中間語言程序進(jìn)行到達(dá)定值數(shù)據(jù)流分析，得到該程序中每個點(diǎn)處的變量值，從而對所述程序進(jìn)行合并已知量的優(yōu)化操作。

其中，此時代數(shù)規(guī)則表現(xiàn)為代數(shù)等式的形式，等式左側(cè)位變量組成的表達(dá)式，而等式右側(cè)為左側(cè)表達(dá)式當(dāng)前的值，此優(yōu)化規(guī)則減少公共表達(dá)式計(jì)算的次數(shù)。

其中，所述優(yōu)化步驟中向用戶提供優(yōu)化策略定制包括：

對優(yōu)化后中間語言程序進(jìn)行大量的仿真實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出優(yōu)化目標(biāo)并轉(zhuǎn)換為代數(shù)規(guī)則。

其中，不同程序的應(yīng)用場景不同，利用程序仿真模擬運(yùn)行場景，收集程序運(yùn)行時信息，制定優(yōu)化方向，使得優(yōu)化更符合當(dāng)前待優(yōu)化程序的特點(diǎn)。

下面具體講述本發(fā)明所述基于代數(shù)演算的中間代碼優(yōu)化方法。

實(shí)施例1

本實(shí)施例以應(yīng)用本發(fā)明基于代數(shù)演算的中間代碼優(yōu)化方法對LLVM中間語言的優(yōu)化為例。

LLVM是一個支持多種高級語言、多種目標(biāo)平臺，多階段優(yōu)化的編譯器架構(gòu)，遵循了標(biāo)準(zhǔn)的編譯器流程準(zhǔn)則，分為高級語言前端、中間代碼優(yōu)化器與后端目標(biāo)代碼生成器三個部分。LLVM前端首先將源程序轉(zhuǎn)換為LLVMIR程序，經(jīng)過一系列的控制流、數(shù)據(jù)流分析后對LLVM IR程序進(jìn)行優(yōu)化，再根據(jù)具體的目標(biāo)處理器平臺生成對應(yīng)的目標(biāo)代碼。

LLVM IR有三種形式：編譯器IR、寫入文件的字節(jié)碼IR，以及作為匯編語言的IR。這三種表現(xiàn)形式是等價的，它是LLVM中間代碼優(yōu)化段的不同表現(xiàn)形式。將LLVM IR作為高級語言轉(zhuǎn)換模塊的輸入，將其轉(zhuǎn)換為本發(fā)明所述的基于代數(shù)演算的中間代碼優(yōu)化方法使用的中間語言程序，作為代數(shù)系統(tǒng)模塊的輸入。

通過對控制流與數(shù)據(jù)流的分析，目標(biāo)處理平臺的特征等信息收集，我們將提出程序轉(zhuǎn)化的定向規(guī)則，稱為程序轉(zhuǎn)換規(guī)則，從而有效地支撐LLVM IR程序的優(yōu)化，提高程序質(zhì)量，最終形成一套針對LLVM IR程序優(yōu)化的代數(shù)演算方法，然后利用策略定制器將代數(shù)演算方法存入優(yōu)化策略庫。

優(yōu)化器可以利用優(yōu)化策略對中間代碼進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)量優(yōu)化、循環(huán)優(yōu)化以及進(jìn)程間優(yōu)化等。

目標(biāo)代碼生成模塊可以根據(jù)代數(shù)系統(tǒng)模塊優(yōu)化過的中間代碼，來生成可在目標(biāo)平臺上高效運(yùn)行的機(jī)器碼。

下面詳細(xì)介紹使用本發(fā)明所述系統(tǒng)對LLVM IR程序進(jìn)行優(yōu)化。

首先，對LLVM IR程序應(yīng)用本發(fā)明的方法，將其轉(zhuǎn)換為一種中間語言表示形式。

然后，使用本發(fā)明為LLVM IR制定優(yōu)化策略，優(yōu)化策略通過以下兩種方式得到：

1)對LLVM IR程序進(jìn)行控制流和數(shù)據(jù)流分析，總結(jié)出優(yōu)化目標(biāo)(如消除復(fù)雜算子、消除循環(huán)冗余等)并轉(zhuǎn)換為代數(shù)規(guī)則。對程序進(jìn)行控制流分析可以得到程序的控制流結(jié)構(gòu)，得到循環(huán)結(jié)構(gòu)后可以通過把循環(huán)轉(zhuǎn)換為有限條件選擇來消除循環(huán)。此處得到的優(yōu)化規(guī)則可以為代數(shù)等式的形式，等式左邊是優(yōu)化前的結(jié)構(gòu)，等式右邊是優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)。對程序進(jìn)行到達(dá)定值數(shù)據(jù)流分析，可以得到程序中每個點(diǎn)處的變量值，因此可以對程序進(jìn)行合并已知量的優(yōu)化操作。此時優(yōu)化規(guī)則表現(xiàn)為代數(shù)等式的形式，等式左側(cè)位變量組成的表達(dá)式，而等式右側(cè)為左側(cè)表達(dá)式當(dāng)前的值，此優(yōu)化規(guī)則可減少公共表達(dá)式計(jì)算的次數(shù)。

2)對LLVM IR程序進(jìn)行大量的仿真實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出優(yōu)化目標(biāo)并轉(zhuǎn)換為代數(shù)規(guī)則。不同程序的應(yīng)用場景不同，利用程序仿真可以模擬一些運(yùn)行場景，收集程序運(yùn)行時信息(CUP使用率、I/O次數(shù)、是否可并行執(zhí)行等)，制定優(yōu)化方向，使得優(yōu)化更符合當(dāng)前待優(yōu)化程序的特點(diǎn)。

得到優(yōu)化策略以后，優(yōu)化器會自動的應(yīng)用優(yōu)化策略到中間語言表示的程序上，最終達(dá)到優(yōu)化的目的。

最后，可以根據(jù)優(yōu)化過的中間代碼，來生成可在目標(biāo)平臺上高效運(yùn)行的機(jī)器碼。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。