[发明专利]基于模拟器的微处理器微体系结构参数优化方法

权利要求书

1.一种基于模拟器的微处理器微体系结构参数优化方法，其特征在于实施步骤如下：

1）分析时钟精确的模拟器所描述的处理器微体系结构，构造微处理器的流水线模型；

2）在所述模拟器上运行目标应用程序，获得模拟器的模拟输出；

3）根据所述流水线模型，模拟输出生成描述目标应用程序在目标微处理器的时钟精确的模拟器上运行的有向无环图作为相关图，产生和修正所述相关图中有向边的权值；

4）计算所述有向无环图的关键路径得到关键路径矩阵，关键路径长度表示当前程序段在该处理器上执行的时间，根据关键路径矩阵列出关键路径所经过的节点，根据关键路径的节点和边的组成、关键路径中每种类型边的数量和延迟之和生成关键路径报告；计算每个节点的每个入边的松弛时间并生成松弛时间报告；

5）以所述关键路径报告、松弛时间报告为基础，分析微处理器在当前微体系结构参数配置下运行目标应用程序的性能瓶颈或功耗瓶颈；

6）根据微处理器在当前微体系结构参数配置下运行目标应用程序的性能瓶颈或功耗瓶颈的分析结果判断微处理器微体系结构的参数是否需要优化，如果需要优化则将微体系结构参数进行调整，并跳转执行步骤1）；如果不需要优化，则结束并退出；

所述步骤3）的详细步骤如下：

3.1）根据所述流水线模型，模拟输出生成描述目标应用程序在目标微处理器的时钟精确的模拟器上运行的有向无环图作为相关图，所述相关图中，每个节点表示底层微操作，所述底层微操作包括取指、译码、重命名、发射、执行和提交，节点之间的边表示各个微操作的顺序关系和触发关系，每个节点的入边表示这个节点所代表的微操作能够被触发所必须满足的条件；针对数据相关的指令对，增加前一条指令的执行段到后一条指令执行段的相关边；针对控制相关的指令对，增加前一条分支指令的执行段到后一条分支目标指令的取指段的相关边；根据取指宽度和提交宽度增加前后指令的取指节点间和提交节点间的相关边；所述相关边的延迟标为1个时钟周期；

3.2）根据模拟报告中每个模拟步触发的变迁和变迁被触发的时间，给有向无环图中的对应节点增加属性，属性值为变迁被触发的时间；

3.3）根据每条指令所使用的功能单元类型，更新有向无环图中“执行”流水段对应的节点的出边的延迟为功能单元的延迟或流水级数、其余边的延迟设置为1个时钟周期；

3.4）修正有向无环图的权值；

3.5）生成上述修正权值后的有向无环图的描述矩阵，所述描述矩阵的行和列都是有向无环图的节点，所述描述矩阵中的元素表示节点间有无有向边，如果节点间不存在有向边，则所述元素的权值为零，如果节点间存在有向边，则所述元素的权值为该边的权值。

2.根据权利要求1所述的基于模拟器的微处理器微体系结构参数优化方法，其特征在于，所述步骤2）中获得模拟器的模拟输出包括：

2.1）在模拟器上运行的目标测试程序的动态指令序列；

2.2）动态指令序列的指令间的相关关系，所述指令间的相关关系包括指令间的数据相关、控制相关和结构相关信息；

2.3）动态指令序列每条指令所使用的功能单元；

2.4）分支指令的分支预测结果；

2.5）每条指令进入每个流水段和离开每个流水段的时间。

3.根据权利要求2所述的基于模拟器的微处理器微体系结构参数优化方法，其特征在于：所述步骤2.2）中的所述数据相关是指流水线中后发射的指令的源操作数是先发射指令的目的操作数，后发射的指令必须要等待先发射的数据相关的指令计算出结果后才能获得源操作数并继续执行；所述控制相关是指流水线中后发射的跳转指令的判断条件是先发射指令的计算结果，后面的跳转指令必须要等待先发射的相关指令计算出结果后才能真正得到解析得出指令流的正确方向；所述结构相关流水线中先发射的指令和后发射的指令使用相同的功能单元或者有限的系统资源。