JPH07105013A - レジスタ割り付け方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】コンパイラのレジスタ割り付けにおいて、高速
メモリを準レジスタとして割り付け先の候補とすること
によって、レジスタだけの割り付けよりも命令長が短
く、実行速度の早いオブジェクトを生成する。 【構成】図１の１０５でコード生成の過程においてレジ
スタを確保しなくてはならない時に１０６にその要求を
出し、１０７で１０３の参照回数をもとに割り付け先の
候補として高速メモリも考えてコスト計算を行ない、そ
の結果によって最も命令長が短く、実行速度が早い割り
付け先を求め、１０８，１０９，１１０のいづれかに割
り付けを行ない、１１１でコードを生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロコンピュータ
用のコンパイラの言語処理方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロコンピュータ用のコンパイラは
限られたＲＯＭとＲＡＭを効率良く使用するために、コ
ードが小さく、実行速度の早いオブジェクトを生成する
ことが求められる。マイクロコンピュータには、メモリ
の一部に、その領域をアクセスする命令の命令長が短
く、実行速度が通常のメモリよりも早く、直接データを
割り付けることが可能で通常の外部メモリと同様に使用
することができる領域（以下、高速メモリと呼ぶ）を持
つアーキテクチャが存在する。コンパイラは、この高速
メモリを使用することによって出力されるオブジェクト
のサイズが小さく、実行速度の早いオブジェクトを生成
することができる。従来はユーザーのソースプログラム
中での記述により、高速メモリを変数の領域として使用
しており、コンパイラのレジスタ割り付けには使用して
いなかった。

【０００３】以下、図面を参照して従来のレジスタ割り
付け法を説明する。

【０００４】図９は従来の技術のシステムブロック図で
ある。従来のレジスタ割り付け法では、コード生成の過
程において変数をレジスタに割り付ける時に、レジスタ
が全て使用状態になっていると、スタック領域を使用せ
ざるを得なかった。スタック領域とはメモリの一時使用
領域を指示するスタックポインタにより管理され、プロ
グラム実行時に利用されるメモリの一時的な使用領域で
ある。ここで従来技術の流れを簡単に説明する。図９の
システムブロック図より、構文解析部９０１は入力され
たソースファイルの解析を行ない、中間コードを出力す
る。中間コードへの変形は図１０に示す。次にデータフ
ロー解析部９０２において、プログラム中で変数がどこ
で代入され、どこで参照されているかという情報を収集
する。コード生成部９０３の過程においてレジスタ要求
部９０４より指定されたレジスタを一つ確保するという
要求が出された場合、レジスタ割り付け部９０５では指
定されたレジスタを使用可能な状態にするためにレジス
タへの割り付け９０６、スタック領域への退避９０７が
行なわれる。そして、コード生成部９０８によってコー
ドが生成される。

【０００５】データフロー解析の詳細について以下に説
明する。

【０００６】まず、構文解析部９０１によって解析され
たソースファイルの基本ブロックに分割する。基本ブロ
ックとは、連続するプログラムのかたまりが途中で分岐
してきたり分岐したりせずに先頭の文から最後の文まで
シーケンシャルに実行される文のならびを言う。次に各
基本ブロック内で、各変数の代入、参照を調べ、生変数
解析表図１１の１１０１のフィールドにｌｉｖｅ／ｄｅ
ａｄフラグを立てる。生成変数解析表とは、処理してい
く文の流れによって変化してゆく変数のｌｉｖｅ／ｄｅ
ａｄの状態を表にまとめたものである。ｌｉｖｅとは、
その変数の値が修正される前に再び参照されるというこ
とで、その変数に格納しているレジスタが使用不可能な
状態のことである。ｄｅａｄとは再び参照されない変数
のことで、その変数を格納しているレジスタが使用可能
な状態のことである。レジスタ割り付け部９０５の処理
について図１２のフローチャートを用い、説明する。ま
ず、レジスタ要求部９０４より指定されたレジスタを一
つ確保するという要求を受け、指定されたレジスタにど
の変数が割り当たっているかをレジスタアソシエーショ
ンリストより求める。レジスタアソシエーションリスト
とは、それぞれのレジスタにその時点でどの変数が対応
しているかを示したものである。どの変数も割り当たっ
ていない未使用のレジスタは空のレジスタとみなす。レ
ジスタアソシエーションリストの内容を図１３に示す。
レジスタアソシエーションリストより求められた変数が
ｌｉｖｅかｄｅａｄかを図１１の生変数解析表より調べ
（ステップ１２０１）、指定されたレジスタの変数がｄ
ｅａｄなら既にそのレジスタは使用可能な状態なのでそ
のままレジスタ割り付け部９０５を抜ける。指定された
レジスタの変数がｌｉｖｅであれば他のレジスタに使用
可能なレジスタが存在するかどうか調べ（ステップ１２
０２）、使用可能なレジスタが存在すれば指定されたレ
ジスタに入っているｌｉｖｅ変数を使用可能なレジスタ
に転送する命令を出力し（ステップ１２０３）、レジス
タ割り付け部９０５を抜ける。使用可能なレジスタが存
在しなければ指定されたレジスタに入っている変数をス
タック領域に退避（ステップ１２０４）させてレジスタ
割り付け部９０５を抜ける。

【０００７】以上の処理によって、図１４の１４０１の
Ｃソース行が入力された場合、その過程で１４０１の右
辺の計算結果である変数ｖｘがレジスタアソシエーショ
ンリストによると、ＡＸレジスタに入っている（図１
３）。変数ｖｘはその後も参照されているのでＡＸレジ
スタはｌｉｖｅであり、１４０２のＣソース行でＡＸレ
ジスタを使用したいので、レジスタ要求部よりＡＸレジ
スタを使用可能な状態にするという要求が出される。そ
こで他のレジスタに使用可能な状態のレジスタが存在す
るかをレジスタアソシエーションリストと生変数解析表
より求め、あればそのレジスタにＡＸレジスタの内容を
退避させる。ここでは、ＡＸレジスタ以外のレジスタは
全て空なのでＢＣレジスタに退避させる。従って、１４
０３のＡＸの内容をＢＣに退避するアセンブラコード
（ＭＯＶＷ ＢＣ，ＡＸ）が出力される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の方式で
は、レジスタが全て使用状態になった時に、変数の退避
先としてスタック領域が使用されてしまうので出力命令
が長く、プログラム実行速度が遅くなる。従って、スタ
ック領域に転送する命令を出力するよりも、変数が元々
存在したメモリから直接アクセスするようにした方が命
令の数が少なくて済むので、結局、再びメモリに書き戻
されることが多い。しかし、レジスタに比べるといづれ
の場合も、演算、転送に要するバイト数及びクロック数
が多いので、良いコードは生成されない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、割り付け先
に高速メモリを候補として考えるために、ソースファイ
ル中の変数ｌｉｖｅ／ｄｅａｄ情報と参照回数を収集す
る手段と、収集した情報を元に割り付け先をどこにする
のが最も効率が良いかを計算する手段と、計算結果によ
りレジスタ、高速メモリへの割り付けを行なう手段を有
することにより、コードサイズが小さく、実行速度が早
いオブジェクトの生成を可能としたことを特徴とする。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１１】図１は本発明の一実施例のシステムブロッ
ク図である。構文解析部１０１は入力されたソースファ
イルの解析を行ない、次にデータフロー解析部１０２に
おいてプログラムの中で変数がどのように使われている
かという情報を収集する。コード生成部１０４では、変
数をレジスタに割り付けながら、コードを生成する。そ
の中の処理としてレジスタ要求部１０５では、コード生
成の過程においてレジスタを確保しなくてはならない時
に、レジスタ割り付け部１０６にその要求を出す。レジ
スタ割り付け部１０６は、コスト計算部１０７とそれぞ
れの割り付け１０８，１０９，１１０によって構成され
る。コスト計算部ではデータフロー解析によって収集さ
れた情報をもとに、指定されたレジスタが使用可能な状
態か否か、使用可能な状態でない場合に他のレジスタ、
高速メモリ、メモリのいずれに退避するのが最も良いコ
ードになるかをコスト計算によって求める。その結果に
従って必要な割り付け１０８，１０９，１１０を行な
う。

【００１２】データフロー解析部では従来の処理に加
え、変数の参照回数を収集するという処理１０３を行な
う。従って、生変数解析表には、ｌｉｖｅ／ｄｅａｄの
フラグに加え、変数の参照回数も書き込む。２０１のフ
ィールドはｌｉｖｅ／ｄｅａｄのフラグ、２０２はその
変数のその時点以降のプログラム内での参照回数であ
る。ここで、参照回数のカウント方法について説明す
る。参照回数のカウントはｌｉｖｅ／ｄｅａｄ情報の収
集と共に行なう。まず、構文解析部１０１により解析さ
れ、中間コードに変形されたソースファイルを基本ブロ
ックに分割する。分割した基本ブロックの最初の文をそ
の基本ブロックの先頭の文とし、次の基本ブロックとの
境の文を最終文とする。各変数ごとに、基本ブロックに
分割されたソースプログラムの最終文から先頭の文に向
かって解析を行なう。初めて参照が出きた場合、その時
点での参照回数は０であり、最終文からその時点までの
参照回数も０となる。その上の文からは１となる。次に
参照が出きた場合、その時点までの参照回数は１で、そ
の上の文からは２となる。以上の処理の繰り返しによっ
てカウントを行なう。代入が出てきた場合、その時点で
の参照回数はそれまでの参照回数を引き継ぎ、その上の
文からはゼロにもどる。

【００１３】以上のように参照回数を求めながら生変数
解析表に書き込む。

【００１４】以下にレジスタ割り付け部１０６の詳細を
説明する。

【００１５】まず、レジスタ要求部１０５によって指定
されたレジスタ（ここではＲ０を指定されたと仮定して
説明する）を一つ使用可能にするという要求が出た場
合、Ｒ０に割り当たっている変数をレジスタアソシエー
ションリストより求め、その変数がｄｅａｄかｌｉｖｅ
かを生変数解析表より調べ（ステップ３０１）、もしｄ
ｅａｄであれば既に使用可能な状態なのでそのままレジ
スタ割り付け部を抜ける。ｌｉｖｅであればＲ０に割り
付けられている変数がそれ以降参照される回数を生変数
解析表図２より求め、レジスタ、高速メモリ、メモリに
それぞれ退避させた場合のコストを計算する（ステップ
３０２）。ここでコストの計算方法を説明する。コスト
とは、命令の実行時に要するバイト数、またはクロック
数のことであり、コストが小さければ小さい程命令長は
短くなり、実行速度は早くなる。図４に示すようにデー
タがどこに格納されているかによって転送、演算にかか
るコストが異なる。変数をどこに退避させておくのが一
番コストがかからないかを求めたいので、退避先として
考えられるレジスタ、高速メモリ、メモリについてのコ
スト計算を行なうとする。変数が退避した後、何回参照
されるかによって、その変数についてのコストの合計も
変わってくるので、ここで使用するコスト関数を、その
レジスタに入っている変数の参照コストと変更コストと
の和として定義する。参照コストとはＲ０に割り付けら
れている変数が現時点以降において演算のオペランドと
して参照された時、参照している演算の実行に要するク
ロック数またはバイト数に参照回数を掛けたものとす
る。変更コストとはレジスタに割り付けられている変数
を退避先に移動するのに要するクロック数またはバイト
数である。

【００１６】ステップ３０２の計算では、退避先の候補
となるレジスタがｌｉｖｅである時は、そのレジスタに
入っている変数を高速メモリに退避するという動作を考
慮して、その分のコストも加算しておく。その際に、高
速メモリに退避する変数の参照回数が必要となるので生
変数解析表より調べる。ｌｉｖｅレジスタの計算以外に
も、ｄｅａｄレジスタ、高速メモリ、メモリに退避する
場合をそれぞれ計算し、コストが最小となる退避先を求
める（ステップ３０３）。最小となる退避先がレジスタ
であるかの判断（ステップ３０４）をし、レジスタであ
れば、ｌｉｖｅかｄｅａｄかの判断（ステップ３０６）
をする。ｌｉｖｅレジスタであれば、そのレジスタの中
の変数を高速メモリへ退避させ（ステップ３０７）、Ｒ
０の内容をそのレジスタに退避させる（ステップ３０
８）。ｄｅａｄレジスタであれば、そのままＲ０の内容
を退避させる（ステップ３０８）。最小となる退避先が
レジスタではない場合、高速メモリが最小であれば（ス
テップ３０５）高速メモリへの退避を行ない（ステップ
３０９）、その変数が元々あったメモリ領域へ書き戻す
ことが最小であれば（ステップ３０５）、メモリへの書
き戻しを行なう（ステップ３１０）。この状態でＲ０は
使用可能な状態になる。

【００１７】以上の処理により、図１６のような場合、
１６０２のアセンブラコードでＡＸレジスタには変数ｖ
ｙが入っており、ｌｉｖｅの状態となっている。次の式
１６０３でＡＸレジスタを使用していたため、ＡＸレジ
スタを使用可能な状態にするために図３のフローチャー
トに従い、処理を行なう。式１６０３の時点でレジスタ
アソシエーションリストの状態を図５の状態とする。そ
れぞれの変数の状態は図６の６０１の時点の通りとす
る。以上の条件で、バイト数を対象にコスト計算を行な
うと、図７のような結果になる。従って、高速メモリに
退避させておくのがコストが最小となるので、１６０４
のＡＸの内容を高速メモリに退避させるアセンブラコー
ド（ＭＯＶＷ ＳＴＫＳＡＤ０，ＡＸ）が出力される。
以下、変数ｖｙのアクセスは高速メモリから行なわれ、
命令長が短く、実行速度の早いコードが出力される。

【００１８】上記実施例では、レジスタ割り付け部の説
明で、レジスタ要求部が指定されたレジスタを一つ使用
可能にするという要求を出した場合について説明した
が、本実施例では、レジスタを指定しないで、どのレジ
スタでも良いから一つだけ使用可能な状態にするという
要求を出した場合について説明する。

【００１９】全体の流れを示したシステムブロック図は
実施例１のシステムブロック図と同じである。本実施例
は、レジスタ要求部からの要求が実施例１とは異なるの
で、レジスタ要求部以降の説明をフローチャートを用い
て説明する。

【００２０】本実施例のフローチャートを図８に示す。
まず、レジスタアソシエーションリストより、レジスタ
に割り当たっている変数を求め、その変数の中でｄｅａ
ｄなものが存在するかを調べる（ステップ８０１）。も
しあれば、どのレジスタでも良いから一つだけ使用可能
な状態にするという要求が満たされているので、レジス
タ割り付け部を抜ける。ｄｅａｄのレジスタがなけれ
ば、それぞれのレジスタに格納されているｌｉｖｅな変
数をどれか一つ、退避させて使用可能なレジスタにしな
くてはならない。そこで考えられる退避先としては高速
メモリへの退避かメモリへの書き戻しのどちらかにな
る。従って、それぞれのレジスタに格納されているｌｉ
ｖｅ変数を、高速メモリに退避させた場合とメモリに書
き戻したをした場合の両方についてコスト計算を行ない
（ステップ８０２）、コストが最小となるレジスタと退
避先を求める（ステップ８０３）。最小となる退避先が
高速メモリであるか調べ（ステップ８０４）、高速メモ
リであれば、最小となるレジスタの変数を高速メモリへ
割り付け（ステップ８０５）、メモリに書き戻すのが最
小となれば、最小となるレジスタの変数をメモリに書き
戻す（ステップ８０６）。

【００２１】以上の方法により、高速メモリを割り付け
先の候補として、レジスタを一つ使用可能な状態にする
ことができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によってレジスタ割り付け時に、
変数の割り付け先の候補として高速メモリを加えること
によりコードサイズが小さく、実行速度の早いオブジェ
クトを生成することが可能である。従来の技術によって
出力されたアセンブラコードの例題を図１５に示す。例
題は出力されたコードの一部を変数ｖｙについて着目し
たものである。変数ｖｙが出てきた時点で、レジスタは
全てｌｉｖｅで、使用状態とする。従って、ｖｙの操作
はレジスタ以外からアクセスすることになり、この例題
の場合、コスト計算の結果からスタック領域を使用する
より、メモリから直接アクセスを行なった方がコストが
かからないということがわかったので、演算、転送を直
接メモリから行なうようにした。この場合、ｖｙに関す
るコードだけのバイト数、クロック数の合計を求める
と、バイト数＝１５、クロック数＝８４となる。本発明
によって出力されたアセンブラコードを図１６に示す。
変数ｖｙをコスト計算によって高速メモリに割り付け、
演算、転送を高速メモリからアクセスするようにした。
すると、ｖｙに関するコードのバイト数、クロック数の
合計が、バイト数＝１３、クロック数＝６４となり、従
来の技術よりコードサイズが小さく、実行速度が早いコ
ードを出力することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】コンパイラにおけるレジスタ割り付け方式全体
の構成図

【図２】生変数解析表

【図３】レジスタ獲得処理の流れ図

【図４】命令バイト数、クロック数の例

【図５】レジスタアソシエーションリストの例

【図６】生変数解析表の例

【図７】コスト計算の例

【図８】レジスタ獲得処理の流れ図

【図９】従来のコンパイラにおけるレジスタ割り付け方
式全体の構成図

【図１０】中間ファイルへの変形方法

【図１１】生変数解析表

【図１２】スタック領域を用いたレジスタ獲得処理の流
れ図

【図１３】レジスタアソシエーションリストの例

【図１４】出力コードの例

【図１５】出力コードの例

【図１６】出力コードの例

【符号の説明】

１０１，９０１ 構文解析部 １０２，９０２ データフロー解析部 １０３ 参照回数収集部 １０４，９０３ コード生成部 １０５，９０４ レジスタ要求部 １０６，９０５ レジスタ割り付け部 １０７ コスト計算部 １０８，９０６ レジスタへの割り付け １０９ 高速メモリへの割り付け １１０ メモリへの書き戻し １１１，９０８ コード生成 ３０１〜３１０，８０１〜８０６ レジスタ獲得処理 ９０７ スタック領域への退避 １２０１〜１２０４ スタック領域を用いたレジスタ
獲得処理

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソースプログラム情報を入力して解析す
   る手段と、データの流れを解析する手段と、コードを生
   成する過程でレジスタを割り付ける手段と、メモリとを
   有し、前記メモリの一部に、当該部分をアクセスする命
   令の命令長が短いか、あるいは実行速度が通常のメモリ
   よりも早いメモリ領域を持つマイクロコンピュータ用の
   コンパイラにおいて、ソースプログラム中の変数の参照
   回数を収集する手段と、前記参照回数情報を使用し、割
   り付け先を評価する手段と、前記評価結果により前記レ
   ジスタ、前記メモリ領域への割り付けを行なう手段とを
   設けたことを特徴とするレジスタ割り付け方式。