圖3為未使用文中的算法前指令的執(zhí)行順序。注意，圖中的黑體字，即V2、V6以及V9，與其他指令不同。它們是ADD或者M(jìn)PY指令，需要用到系統(tǒng)的ALU部件。在同一指令周期中，可以同時(shí)執(zhí)行ALU運(yùn)算以及MOVE操作，但是不可以同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)ALU操作。

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　　圖3指令排序前結(jié)點(diǎn)的執(zhí)行順序

　　節(jié)點(diǎn)的第二個(gè)權(quán)值，表示相關(guān)寄存器的生命周期。如圖4所示，V0所依賴的寄存器是R0，它的生命周期為1到3，即為2。從圖中可以得出以下結(jié)論：此段程序總共需要11個(gè)指令周期和最少同時(shí)使用2個(gè)寄存器。

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　　圖4指令排序前的狀況

　　圖5為基于本文的算法，將指令重新排序后的情況。程序總的執(zhí)行周期變?yōu)?，但是所占用的寄存器個(gè)數(shù)增加到3。由此也可以看到，程序的執(zhí)行周期與寄存器的個(gè)數(shù)之間也是一個(gè)折衷權(quán)衡的結(jié)果。

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　　圖5基于排序算法后的情況

　　文中借用了參考文獻(xiàn)[3]中所建立的模型，用以計(jì)算程序的耗電量。在圖5中，程序執(zhí)行時(shí)所需要的總電流I=780 MA，總的執(zhí)行周期數(shù)為N=6，因此消耗電路E=N×I=6×780 MA=4 680 MA。不使用任何算法的情況，即圖2所示，E=N×I=1 080×11=11 880 MA。通過使用文中的算法，將程序執(zhí)行周期減少了，同時(shí)程序的功耗也降低了。也就是說，通過使用文中的算法，程序的執(zhí)行性能得到提高，系統(tǒng)的功耗也最大程度地得到了優(yōu)化。由此可見，在這一層面上，采用何種算法是非常重要的。

　　2.2 算法描述

　　文中的算法是基于文獻(xiàn)[5]中提出的以串列為基礎(chǔ)的排序機(jī)制，主要是以減少程序的執(zhí)行周期為目的，同時(shí)考慮到使用盡量少的寄存器。程序的描述如下：

　　① 構(gòu)造數(shù)據(jù)依賴圖DDG。

　　② 構(gòu)造帶權(quán)的元組，其中第一個(gè)權(quán)值為結(jié)點(diǎn)在DDG中的深度，設(shè)為P;第二個(gè)權(quán)值為生命周期，設(shè)為L。

　　③ 查找就緒表R(如圖3所示)。

　　④ While就緒表R不為空 Do

　　P值為最高結(jié)點(diǎn)所具有的最高優(yōu)先級(jí)

　　If當(dāng)前指令周期中的結(jié)點(diǎn)的深度　　If存在幾個(gè)結(jié)點(diǎn)

　　If結(jié)點(diǎn)具有相同的優(yōu)先級(jí)

　　If結(jié)點(diǎn)具有相同的生命周期

　　則在DDG中處于相同子樹的結(jié)點(diǎn)具有高優(yōu)先級(jí)，加入到新的排序序列中(使在進(jìn)行ALU操作時(shí)執(zhí)行1至2條MOVE指令成為可能)

　　Else

　　生命周期越小的結(jié)點(diǎn)越具有高優(yōu)先級(jí)，加入到新的排序序列中(用于減少寄存器數(shù))

　　Else

　　具有最大深度的結(jié)點(diǎn)具有高優(yōu)先級(jí)，加入到新的排序序列中(用于減少指令周期)　　Else直接加入到新的排序序列中

　　Else

　　Break

　　在以上的算法中，結(jié)點(diǎn)的深度是最為重要的。它用于控制整個(gè)程序所需的指令周期數(shù)，從而使程序的功耗得到有效的控制。另外，結(jié)點(diǎn)的生命周期也是相當(dāng)重要的，它可以控制程序中所用到的寄存器的個(gè)數(shù)。這在DSP處理器中顯得尤為重要。同時(shí)，該算法也充分利用了處理器的數(shù)據(jù)并行處理能力，為在同一指令周期內(nèi)執(zhí)行不同的操作提供了可能。

　　3 結(jié)論

　　近年來，功耗成為嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)越來越令人關(guān)注的問題。尤其是在移動(dòng)設(shè)備中，由于通過電池供電，功耗顯得尤為重要。當(dāng)前的編譯器很少能夠充分利用處理器的各種特性，因此編譯生成的代碼不能與那些專家級(jí)匯編程序員寫出的代碼相提并論。本文從軟件角度出發(fā)，提出了一個(gè)優(yōu)化編譯器，對(duì)指令進(jìn)行重新排序的算法，通過優(yōu)化編譯器來實(shí)現(xiàn)降低系統(tǒng)的功耗。下一步工作則要選擇和研究某種特定的微處理器，然后創(chuàng)建相關(guān)工具，產(chǎn)生這種微處理器的指令集功耗信息，再進(jìn)一步運(yùn)用該算法實(shí)現(xiàn)編譯優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)功耗的優(yōu)化。