SPARC高性能處理器集成開發(fā)環(huán)境及其編譯器設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

　　3、BMSPARC編譯器

　　3.1 編譯器工作原理

　　BMSPARC是基于GNU工具鏈并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的一款編譯器套件。GNU工具鏈一般由下面一些工具組成：編譯器GCC(GCC本身作為編譯器集合包含了對多種語言的支持，這里僅討論C編譯器);Binutils軟件包中作為匯編器的GAS，作為鏈接器和定址器的LD以及對二進(jìn)制目標(biāo)文件進(jìn)行變化處理的其他工具;作為標(biāo)準(zhǔn)C庫的Newlib或Glibc;作為調(diào)試器的GDB。[4] [5]

　　其中編譯器是將一種語言編譯成為另一種語言的計算機(jī)程序，該程序以源語言編寫的程序作為輸入，翻譯生成等價的目標(biāo)語言程序。編譯器可分成只依賴于源語言的編譯器前端和只依賴于目標(biāo)語言的編譯器后端兩大部分。前端主要對源代碼進(jìn)行掃描、語法分析和語義分析，生成中間代碼;而后端主要是優(yōu)化器和代碼生成器。

　　3.2 BMSPARC編譯器生成

　　在進(jìn)行基于SPARC高性能處理器的嵌入式軟件系統(tǒng)開發(fā)之前，要先建立交叉編譯環(huán)境。目標(biāo)機(jī)的交叉編譯環(huán)境是一個由編譯器、鏈接器和解釋器組成的綜合開發(fā)環(huán)境，主要由 binutils、gcc 和 glibc 幾個部分組成。有時出于減小 libc 庫大小的考慮，也可以用別的 c 庫來代替 glibc，例如 uClibc、dietlibc 和 newlib。建立一個交叉編譯工具鏈?zhǔn)且粋€復(fù)雜的過程，交叉編譯器的最終成功運(yùn)行，取決于很多因素，包括：主機(jī)系統(tǒng)配置、GNU工具版本配合、參數(shù)配置、庫選擇等，一個成功的、穩(wěn)定的交叉編譯環(huán)境是需要花費(fèi)大量額時間的，幸運(yùn)的是現(xiàn)在針對很多處理器都有比較成熟何穩(wěn)定的編譯配置，這里簡單列出本系統(tǒng)的交叉編譯環(huán)境的主要配置：

• 宿主機(jī) i386-cygwin，目標(biāo)機(jī) sparc;
• 編譯環(huán)境版本

　　1. binutils-2.13.2.1

　　2. gcc-3.4.4

　　3. gdb-6.3

　　4. newlib-1.13.0

　　在交叉編譯器編譯的基本配置如下所示:

　　../gcc-3.4.4/configure --target=sparc-elf --prefix= /opt/sparc-elf-3.4.4

　　--with-gnu-as --with-gnu-ld

　　--verbose --enable-languages=c,c++ --disable-shared --disable-nls

　　--with-newlib --with-cpu=leon 2>&1 | tee compile-gcc-configure.out

　　交叉編譯環(huán)境建立過程如下：

　　1. 下載源文件、補(bǔ)丁和建立編譯的目錄

　　2. 建立內(nèi)核頭文件

　　3. 建立二進(jìn)制工具(binutils)

　　4. 建立初始編譯器(bootstrap gcc)

　　5. 建立c庫(glibc)

　　6. 建立全套編譯器(full gcc)

　　7. 下載源文件、補(bǔ)丁和建立編譯的目錄

　　生成的工具鏈?zhǔn)腔贓LF格式的，全部在/opt/sparc-elf-3.4.4(這是cygwin的目錄)路徑下，完全作為集成開發(fā)環(huán)境的配套工具鏈。

　　3.3 CORDIC指令支持

　　BMSPARC還提供對硬件CORDIC的支持。CORDIC算法使用矢量的旋轉(zhuǎn)和定向運(yùn)算進(jìn)行三角函數(shù)、對數(shù)、開方及反三角函數(shù)等復(fù)雜運(yùn)算。該算法的基本思想是通過一系列固定的與運(yùn)算基數(shù)相關(guān)的角度的不斷偏擺以逼近所需的旋轉(zhuǎn)角度，由于其基本運(yùn)算單元只有移位與加減法，為該算法的VLSI實(shí)現(xiàn)打下了良好的基礎(chǔ)。

　　下表列出了BMSPARC支持的cordic協(xié)處理器指令及其對應(yīng)的指令操作碼，是對SPARC v8標(biāo)準(zhǔn)指令集中浮點(diǎn)協(xié)處指令操作碼的擴(kuò)充。

　　BMSPARC編譯器提供對cordic指令的支持，主要通過庫函數(shù)修改的方式完成。首先在binutils中修改匯編器gas，主要針對匯編器的前端和BFD庫的移植，涉及到的文件包括：tc-sparc.c、tc-sparc.h、sparc.h、sparc-opc.c、sparc-dis.c和elf32- sparc.h等。通過定義相應(yīng)cordic指令的宏來完成匯編級的指令生成，之后要完成newlib中超越函數(shù)相關(guān)的數(shù)學(xué)函數(shù)庫，利用匯編指令實(shí)現(xiàn)函數(shù)的功能，并在匯編中使用cordic指令完成的超越函數(shù)功能。最后定義頂層數(shù)據(jù)類型，針對不同的數(shù)據(jù)類型，如針對單精度和雙精度的浮點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)其三角函數(shù)的數(shù)學(xué)庫是不同的，要分別針對其不同的類型進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。