基于編譯器RTL的Verilog自動(dòng)生成技術(shù).pdf

1、本論文主要描述如何把C語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為寄存器傳輸級(jí)的編譯器中間語(yǔ)言描述(RegisterTranserLanguage),從而自動(dòng)生成為可綜合的VerilogRTL(RegisterTransferLevel),實(shí)現(xiàn)軟件程序硬件化的過(guò)程。對(duì)于軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)以及高級(jí)語(yǔ)言的綜合技術(shù)研究具有一定的意義。論文詳細(xì)闡述了實(shí)現(xiàn)這一C至Verilog編譯技術(shù)的軟件構(gòu)架及關(guān)鍵技術(shù)。
　　 本論文充分利用了現(xiàn)有編譯器技術(shù)及Verilog綜合方面的研究成

2、果,結(jié)合兩者在RTL層面上的相似性,實(shí)現(xiàn)在這一層面上的C語(yǔ)言至可綜合VerilogRTL的轉(zhuǎn)換。
　　 從軟件構(gòu)架來(lái)講,基本上實(shí)現(xiàn)了整個(gè)C編譯器的前端,從詞法分析到語(yǔ)法分析,到編譯器后端。同時(shí)自定義了一套完整的編譯器中間語(yǔ)言(RTLCODE)。編譯器中間語(yǔ)言能夠支持RTL描述以及基于SSA的RTL描述,并且能夠在這個(gè)語(yǔ)言層面上進(jìn)行各種編譯器后端分析優(yōu)化,更有效地支持寄存器分配。在前端編譯的過(guò)程中,直接跳過(guò)了語(yǔ)法樹的生成而直接在語(yǔ)

3、法分析的過(guò)程中生成編譯器中間語(yǔ)言,提高了編譯的效率。
　　 其后,最初的編譯器中間語(yǔ)言將會(huì)被轉(zhuǎn)化成基于SSA的形式。這種基于SSA的形式會(huì)更有大大簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)流以及進(jìn)行控制流的優(yōu)化從而更利于向可綜合VerilogRTL的轉(zhuǎn)化。在基于SSA的中間語(yǔ)言上面進(jìn)行寄存器及存儲(chǔ)器分配之后,根據(jù)VerilogRTL在可綜合性上的要求,我們會(huì)建立一個(gè)轉(zhuǎn)換規(guī)則表來(lái)定義每一個(gè)中間語(yǔ)言結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)到可綜合VerilogRTL結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換形式。從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)C程

4、序到可綜合VerilogRTL的轉(zhuǎn)換。同時(shí),VerilogRTL程序的模擬和執(zhí)行還需要模仿C程序的執(zhí)行環(huán)境,所以需要搭建一個(gè)基于可綜合VerilogRTL的運(yùn)行環(huán)境。
　　 最終,我們會(huì)用一個(gè)小例子來(lái)演示從一個(gè)普通C程序轉(zhuǎn)化為編譯器中間語(yǔ)言。這個(gè)小例子演示了最簡(jiǎn)單的一個(gè)計(jì)算菲波那契數(shù)列的代碼,但是其具有了一個(gè)C程序的主要結(jié)構(gòu),包括循環(huán),分支,計(jì)算,返回,函數(shù)調(diào)用等等。在這個(gè)程序上面,將演示中間語(yǔ)言如何進(jìn)行SSA轉(zhuǎn)化,如何進(jìn)行寄存

5、器分配,如何把最終的編譯器中間語(yǔ)言轉(zhuǎn)化成可綜合VerilogRTL的過(guò)程。以及轉(zhuǎn)化后的VerilogHTL如何同設(shè)計(jì)的運(yùn)行環(huán)境一起運(yùn)行。顯示出了整個(gè)C程序如何在可綜合VerilogRTL上被運(yùn)行的整個(gè)構(gòu)架。
　　 從提高軟件性能的角度,把部分程序用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn),在很多關(guān)鍵應(yīng)用上有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。把算法邏輯,核心計(jì)算從軟件中剝離出來(lái),把這部分軟件轉(zhuǎn)化成可綜合的VerilogRTL,進(jìn)一步最終綜合成硬件,真正實(shí)現(xiàn)硬件輔助軟件,提高軟件

6、性能。
　　 從高級(jí)語(yǔ)言綜合的角度來(lái)講,過(guò)去的若干年中,曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)很多高級(jí)語(yǔ)言綜合的思想和產(chǎn)品,但最終都很難真正的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化和實(shí)用化。其主要原因是高級(jí)語(yǔ)言過(guò)于抽象,很難直接在高級(jí)語(yǔ)言層面上實(shí)現(xiàn)綜合。而本文提出的基于RTL的編譯器的中間語(yǔ)言的方案,則正好實(shí)現(xiàn)了把高級(jí)語(yǔ)言寄存器化的工作,使得我們對(duì)于高級(jí)語(yǔ)言可綜合的研究返回到針對(duì)編譯器中間語(yǔ)言的可綜合研究上去,同時(shí)由于像SSA之類的編譯器中間語(yǔ)言描述的引入,可以大大簡(jiǎn)化可綜合性的分析