JPH08115220A - ループ最適化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】選択型の分岐を含むループを簡単な処理でソフ
トウエアパイプライニングでき、しかも得られるオブジ
ェクトコードが大きくなり過ぎないような方法を提供す
る。 【構成】コンパイラのコード生成部の最適化処理の中
に、図１で示したように、対象ループ抜き出し手段１、
ブロック分割手段２、ブロックを組合せる手段３を備え
ることによって、対象ループを選択型の分岐によってで
きる２つのパタンに分解し、さらにそれぞれを命令スケ
ジューリングする手段４でスケジューリングした後、制
御構造をつける手段５、およびパイプラインの前後処理
を生成する手段６によって、簡単にオブジェクトサイズ
が大きくならないようにソフトウエアアパイプライニン
グ化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はパイプライン処理を行う
計算機の目的プログラムを生成するコンパイラにおける
ループ最適化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、条件分岐を持つループをソフトウ
エアパイプライニング化する技術として、拡張モジュロ
スケジューリング法があることが次記文献に記載されて
いる。

【０００３】文献名 Nancy J. Warter, Grant E. Haab, John W. Bockhau
s,”Enhanced Modulo Scheduling for Loops with Cond
itional Branches”,IEEE Micro-25, (Dec. 1992), 170
-179.この方法では、まずIF変換を適用しループ本体を
直線的な条件付コードにしておき、次にデータ依存グラ
フを生成して、ループ本体をモジュロスケジューリング
する。さらにモジュロ変数展開を用いてソフトウエアパ
イプラインステージを生成し、最後に条件分岐演算を挿
入して制御構造を再生成する。つまり、条件分岐を持つ
ループが複数の実行パスを持つためにソフトウエアパイ
プライニングすることが困難になっていることを、IF変
換を適用してループ本体を直線化することによって解決
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
モジュロスケジューリングを基にしているため、パイプ
ラインの段数が多くなることがあり、そのプロローグ処
理部、エピローグ処理部を含めると係るループのオブジ
ェクトサイズが元の数倍以上に大きくなることもあっ
た。さらにこの方法では、分岐演算を導入して一度直線
的にしたコードを分岐を含むコードに逆変換しているが
この時にもコードの複製が多く作られオブジェクトサイ
ズが非常に大きくなることがあった。しかも選択的に実
行される部分のコードサイズが大きい方をベースにして
スケジューリングするため、必ずしも効率的なコードに
なるとは限らないにもかかわらず、スケジューリングの
処理は相当複雑になる。

【０００５】そこで本発明の第１の目的は、選択型の分
岐があるループに対して簡単な処理でソフトウエアパイ
プライニング化された命令列を得る方法を提供すること
にある。

【０００６】第２の目的は、上記のソフトウエアパイプ
ライニング化処理において、オブジェクトサイズが大き
くなりすぎることがないような方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的達成のた
めには、本発明のループ最適化方法では単純に条件実行
を制御する選択分岐の前後でループを分割し、あとは普
通の命令スケジューリングとほとんど同じ処理を適用す
るようにした。これは上記第２の目標達成のためにも役
に立つ。

【０００８】さらに上記第２の目的のために、選択的に
実行される部分をソフトウェアパイプライニングにおけ
る同じ１段の中に含まれるようにした。

【０００９】

【作用】本発明において、第１の観点では一般のソフト
ウエアパイプライニング化処理に必要なイニシエイショ
ンインタバル（ループ繰り返し間隔）や、段数（パイプ
ラインステージ数）の決定処理が不要となり、普通の命
令スケジューリング処理を行うので命令割り付けの再試
行等もなくなり処理が簡単になる。

【００１０】また第２の観点では、選択的に実行される
部分の前後もそれぞれ１段に含まれるようにすることに
よって、ソフトウエアパイプライニングの段数を高々３
段（普通は２段）に抑えることができるのでプロローグ
部、エピローグ部によってオブジェクトサイズが増大す
ることはなくなる。さらに、選択的に実行される部分が
１段に含まれるようにするので、ソフトウエアパイプラ
イニング化したコードの実行パタンが２つに限られ、分
岐の処理に必要となるコードの複製が１つで十分になる
ためオブジェクトサイズの激増を抑えられることにな
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１から図１７を
用いて説明する。なお、本実施例によって本発明が限定
されるものではない。

【００１２】まず、図２でコンパイラの処理の流れを説
明する。コンパイラの本体８への入力である原始プログ
ラム７は、構文解析部９で処理をされた後、コード生成
部10の入力となる。このコード生成部10は、最適化処理
部11を含む。その最適化処理部11の中には従来の最適化
処理方法の他に本発明のキーとなる選択型の分岐を含む
ループに関するソフトウエアパイプライニング化処理
（図１）が含まれており、ここでの処理を受けることに
よって、出力である効率が改善された目的プログラム12
となる。

【００１３】次に、図１で選択型の分岐を含むループに
関するソフトウエアパイプライニング化処理について説
明する。本処理に入ると、まず処理１で対象とするルー
プを抜き出す。ここで対象とするループの条件は、その
本体が図３で示したような形状をしており、ブロック
Ａ，Ｂ1，Ｂ2，Ｃのそれぞれが分岐を含まない基本ブロ
ックになっていることである。そのようなループ本体の
ブロックの依存関係は図４に示した通りである。またル
ープによっては基本ブロックＢ1，Ｂ2のいずれか、また
は基本ブロックＣがないものもある。そのような場合の
ブロックの依存関係を図５の(a),(b),(c)に示した。図
４の依存関係において、基本ブロックＢ1が実行される
と必ず基本ブロックＣが、基本ブロックＢ2が実行され
ると必ず基本ブロックＣが実行されることを考慮し、処
理２でブロックの分割を行う。図４の依存関係からは図
６に示したような３つのブロックに分割される。次に処
理３において、処理２で分割されたブロックを組合せ
る。組合せ方は分岐の前までを１段目に、分岐の後を２
段目にして分岐の両パタンについて作成する。したがっ
て図４、図６の場合には図７で示したような２つの組合
せができることになる。図７(a)は分岐の条件が真であ
る場合、図７(b)は偽である場合に実行されるブロック
の組合せであり、それぞれその場合の全ての命令を含ん
でいる。図５の(a),(b),(c)で示したパタンの場合には
それぞれ順に図８の(a),(b),(c)のような組合せにな
る。その後処理３で作られた２つのブロックの組合せ
を、繰り返しがずれていることにだけ注意して普通に命
令スケジューリングする。命令スケジューリングの詳細
については後で図１１から図１５を用いて説明する。そ
して命令スケジューリングが終った２つのブロックに対
し、処理５で制御構造をつけることにより１つのループ
を構成するように変換する。先の図７の例に処理５を適
用し制御構造をつけたものを図９に示した。図中13，17
は図７の各組合せをスケジューリングしたもの、14は元
の条件が成立しない時にラベル#4で示した命令へ分岐す
る手段、15は繰り返し回数から値１を減じそれが０でな
いならラベル#1で示した命令へ分岐する手段、16はラベ
ル#5で示した命令へ分岐する手段、18は元の条件が成立
する時にラベル#2で示した命令へ分岐する手段、19は繰
り返し回数から値１を減じそれが０でないならラベル#2
で示した命令へ分岐する手段である。13，17においてブ
ロックＡとその他の命令とはループ１回分ずれているの
で、このような制御構造をつけることにより、１回前で
条件が成立した時には13を、成立しなかった時には17を
実行することができるようになる。処理３におけるブロ
ック分割において、図４で示した元の基本ブロックがＣ
または基本ブロックＡが大きい場合には、図１０(a)の
ようにブロックＣを独立させてブロックの分割を３つに
したり、図１０(b)のようにブロックＡをＡ’とＡ”の
２つに分割し、パイプラインの段数を３段にすることも
できる。この場合においても、選択的に実行されるブロ
ックＢの命令が２つ以上の段にまたがることがないよう
にしているので、実行パタンが２通りに限られることに
変わりはなく、オブジェクトサイズが激増することはな
い。そして最後に処理６によってプロローグ処理および
エピローグ処理のコードを作成する。プロローグ処理は
１つだけであり、図９では13の前に置かれる。また、エ
ピローグ処理は、最後の条件が真になったか偽になった
か、つまりＢ1を実行するかＢ2を実行するかによって２
種類存在する。Ｂ1を実行する場合のエピローグは15と1
6の間に、Ｂ2を実行する場合のエピローグは19の後ろに
置かれる。以上の処理で選択型の分岐を含むループのソ
フトウエアパイプライニング化されたコードを得ること
になる。

【００１４】具体的な処理を図１１から図１７を用いて
説明する。例として図１１に示したようなループを考え
る。これは分岐を１つだけ含んでおり、その他に分岐が
ないので本発明の適用対象となる。つまり図１の処理１
で抜き出されることになる。ただし、このIF文にはelse
側の命令がないので、図３のＢ2がない場合に相当し、
各基本ブロックの依存関係は図５の(b)のようになる。
これを次の処理２でブロック分割すると、１行目のＴの
計算は必ず行われるので図１２の(a)に示したように１
つのブロックになる。２行目のIF文の条件が成立した場
合、３行目のＴの計算が行われさらに４行目も実行され
るのでそれらを１つとして図１２の(b)に示したブロッ
クが作られる。２行目のIF文の条件が成立しなかった場
合は４行目だけが実行されるのでそれだけで図１２の
(c)に示したブロックを作る。ここでできた図１２の
(a),(b),(c)３つのブロックのオブジェクトコードはそ
れぞれ図１３の(a),(b),(c)のようになる。そして、次
の処理３のブロックの組合せは、図８の(b)のようにIF
文の条件が真の時に実行される(a)と(b)の組合せと、条
件が偽の時に実行される(a)と(c)の組合せになる。次に
処理４に従ってそれぞれを命令スケジューリングする。
ここで注意するべきことは、(a)と(b)、および(a)と(c)
ではそれぞれループの繰り返しが１つずれていることで
ある。各命令語間の依存関係を(a)と(b)の組合せについ
ては図１４の(a)に、(a)と(c)の組合せについては図１
４の(b)にそれぞれ示した。図中点線で示した依存関係
は、繰り返しがずれているために使用と定義の順が逆に
ならねばならないことを示している。また、各頂点の右
下にある下線を付けた数字は、スケジューリングに使用
する重みを示したものである。これをある種の２命令の
スーパースカラのプロセッサを想定し、各頂点間の依存
を乱さぬようにスケジューリングした結果を図１５に示
した。この表の上から順に命令を取り出せば目的となる
命令列になる。処理５の制御構造をつけるのは単純な作
業なので説明は省略する。処理６の前後処理コードの生
成は、プロローグコードはＡだけを実行すればよいので
図１６の(a)のようになる。エピローグコードは、最後
の条件が真であった場合にはＢとＣを行わなければなら
ないので図１６の(b)のように、偽であった場合はＣの
みを行えば良いので図１６の(c)のようなる。以上で全
ての処理が終ったので、図１５および図１６、それと図
９で示された枠組みから、最終的なオブジェクトコード
を作ると図１７に示したようになる。

【００１５】

【発明の効果】以上の様に、本発明によれば、処理のや
りなおしなどの複雑な処理もなく簡単に選択型の分岐を
含んだループをソフトウエアパイプライニング化するこ
とができるようになる。

【００１６】また、生成するオブジェクトコードの段数
を２段または３段に制限することができるため、プロロ
ーグコード、およびエピローグコードの大きさを抑える
ことができるようになる。

【００１７】さらに、選択的に実行される部分を１段に
収めることによって実行パタンを２つに制限することが
できるため、ループ本体を構成するために必要な複製が
１つで済むようになり、この点でもオブジェクトコード
の大きさを抑えることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のキーとなる部分の流れ図である。

【図２】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図３】本発明の適用対象となるループの本体の一般形
を表す図である。

【図４】図３のループに含まれる基本ブロックの依存関
係を表す図である。

【図５】図３以外の形状をしたループの基本ブロックの
依存関係を表す図である。

【図６】図３のループから切り出されるブロックを表す
図である。

【図７】図６のブロックを実行パタンによって組合せた
例である。

【図８】図５のそれぞれに対してブロックの組合せを示
した図である。

【図９】図３のループから生成されるループの本体を示
した図である。

【図１０】図３のループを３段でソフトウエアパイプラ
イニング化する場合のブロックの組合せを示した図であ
る。

【図１１】具体例として用いたループのソースコードで
ある。

【図１２】図１１のループをブロック分割した例であ
る。

【図１３】図１２の各ブロックに対応するオブジェクト
リストの一例である。

【図１４】図１３からできるブロックの組合せに対する
命令語の依存グラフである。

【図１５】図１４の依存グラフから命令スケジューリン
グによって命令語をタイムスロットに割り付けた例であ
る。

【図１６】図１１のループをソフトウエアパイプライニ
ング化した時のプロローグコードとエピローグコードの
例である。

【図１７】図１１のループをソフトウエアパイプライニ
ングしてできるオブジェクトコードの一例である。

【符号の説明】

１…対象となるループを抜き出す手段。 ２…連続して実行される部分を１つのブロックとして切
り出す見積もる手段。 ３…条件の真偽によってできる実行パタンごとにブロッ
クを組合せる手段。 ４…ブロックの各組合せを命令スケジューリングする手
段。 ５…２つの組合せに制御構造をつけて１つのループにな
るようにする手段。 ６…プロローグコードおよびエピローグコードを生成す
る手段。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パイプライン処理を行う計算機の目的プロ
   グラムを生成するコンパイラにおいて、ＩＦ型の選択分
   岐を含むループをソフトウエアパイプライニング化する
   にあたり、係る選択分岐によりできる異なる実行パスに
   含まれる命令語からなる命令列を別々に作成し、それぞ
   れの命令列の間を条件判定の結果に従って切り換えるよ
   うにすることを特徴とするループ最適化方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の最適化方法において、各実
   行パスごとの命令列を作成するにあたり、条件実行を制
   御する選択分岐の前と後とでソフトウェアパイプライニ
   ングにおける段を分割することを特徴とするループ最適
   化方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の最適化方法において、選択
   的に実行される部分をソフトウェアパイプライニングに
   おける同じ１段の中に含まれるようにすることを特徴と
   するループ最適化方法。