29、全局变量提升：利用寄存器减少缓存功耗

全局变量提升：利用寄存器减少缓存功耗

1. 引言

随着便携式电子市场的快速发展，低功耗设计变得越来越重要。在代码优化中，寄存器分配等技术在应用于整个程序时具有提高代码性能的潜力。其中，跨模块寄存器分配和全局变量提升受到了一定关注。全局变量提升是指将无别名的全局变量分配到寄存器中，这可以显著减少内存操作的数量，从而降低缓存活动和功耗。

传统的评估指标主要关注执行时间，但在指令级并行（ILP）处理器的指令调度中，性能对跨模块寄存器分配的敏感度较低。因此，我们认为应该使用能量和能量 - 延迟积等指标来评估这些软件技术。

现代多媒体、通用和 DSP 处理器通常提供大量的寄存器文件，但编译器的 ILP 增强技术可能无法充分利用所有寄存器。通过将未充分利用的寄存器分配给全局标量变量，编译器可以消除访问这些变量的加载和存储操作，减少动态操作计数和缓存 - 处理器流量，从而降低功耗。

本文的目的是在 ILP 调度的背景下评估全局变量提升，并估计其作为减少缓存功耗的软件技术的潜力。同时，我们还将研究不同缓存和 CPU 配置下执行时间和能耗之间的可能权衡点。

2. 全局寄存器分配

2.1 跨模块寄存器分配和全局变量提升的潜力

跨模块寄存器分配旨在减少函数调用周围的保存和恢复代码带来的执行开销。虽然在编译像 LISP 这样频繁进行函数调用的语言时，这种方法可能有效，但对于 C 和 Pascal 等语言，其提升效果有限，加速比仅在 1% 到 3% 之间。

为了验证在我们基于 gcc 的 C 编译器中跨模块寄存器分配的潜力，我们进行了有和没有函数内联的测试。函数内联可以显著减少函数调用的数量，虽然会