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以及對二進制目標文件進行變化處理的其他工具;作為標準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語言的編譯器后端兩大部分。前端主要對源代碼進行掃描、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。目標機的交叉編譯環(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是一個復(fù)雜的過程，交叉編譯器的最終成功運行，取決于很多因素，包括：主機系統(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)境是需要花費大量額時間的，幸運的是現(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 i386-cygwin，目標機 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、補丁和建立編譯的目錄

　　2. 建立內(nèi)核頭文件

　　3. 建立二進制工具(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、補丁和建立編譯的目錄

　　生成的工具鏈是基于ELF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)和定向運算進行三角函數(shù)、對數(shù)、開方及反三角函數(shù)等復(fù)雜運算。該算法的基本思想是通過一系列固定的與運算基數(shù)相關(guān)的角度的不斷偏擺以逼近所需的旋轉(zhuǎn)角度，由于其基本運算單元只有移位與加減法，為該算法的VLSI實現(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標準指令集中浮點協(xié)處指令操作碼的擴充。

　　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，實現(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行實現(xiàn)。