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(Stockage des registres imaginaires)
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=== Vie d'un registre imaginaire ===
 
=== Vie d'un registre imaginaire ===
  
Life of imaginary register starts when it is first used by assembler instruction.
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La vie d'un registre imaginaire commence quand il est utilisé la première fois pas une instruction assembleur.
When it first appears in an assembler instruction in the assembler list for the specific routine.
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Lorsqu'il apparaît pour la première fois dans une instruction assembleur dans la liste assembleur pour la routine spécifique.  
And ends when it is last used in an assembler instruction.
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Et finit quand il est utilisé pour la dernière fois dans une instruction assembleur.
In the TRegInfo structure for the specific imaginary register there are 2 fields for the life of the register.
+
Dans la structure <tt>TRegInfo</tt> pour le registre imaginaire particulier, il y a deux champs pour la vie du registre.
live_start: TAi; indicates which is the assembler instruction where the register is first used.
+
:<tt>live_start: TAi;</tt> indique quelle est l'instruction assembleur où le registre est utilisé pour la première fois.
live_end: TAi; indicates which is the assembler instruction where the register is last used.
+
:<tt>live_end: TAi;</tt> indique quelle est l'instruction assembleur où le registre est utilisé pour la dernière fois.
  
 
== Interférences ==
 
== Interférences ==

Revision as of 21:54, 26 January 2021

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Introduction

L'unité principale pour l'allocation de registre est rgobj.pas. La classe principale pour l'allocation de registre TRgObj qui se trouve dans rgobj.pas.

L'allocateur de registre fournit des registres imaginaires pour les instructions en assembleur pendant la génération de code. Ensuite il calcule les registres réels pour remplacer les imaginaires.

L'allocateur de registre de FPC utilise la coloration de registre pour déterminer les registres réels. Il utilise aussi une technique de débordement (spilling) de registre - quand il n'y a pas assez de registres, il utilise la mémoire.

Comment utiliser l'allocateur de registre

Ce sujet décrit comment utiliser l'allocateur de registre pendant la génération de code. Décrit comme une boîte noire avec des méthodes publiques que vous pouvez appeler pour faire le travail.

Création de l'allocateur de registre

La première étape consiste à créer l'allocateur de registre avnt de pouvoir utiliser ses fonctionnalités.

Le générateur de code de bas niveau créée plusieurs instances de la classe TRgObj. Normalement, cela se produit dans :

tcg.init_register_allocators

Et les instances sont normalement libérées dans :

tcg.done_register_allocators 

Chaque instance TRgObj alloue des registres d'un certain type. Par exemple, un type de registre définit les registres entiers. Un autre définit les registres en virgule flottante (FPU). C'est pourquoi nous avons quelques instances TRgObj, une pour chaque type de registre que la CPU supporte.

Ils sont créés quand la génération de code d'une routine spécifique commence. Le générateur de code travaille au niveau sous-routines. L'allocateur de registre alloue aussi les registrer pour une méthode, procédure ou fonction spécifique.

Utilisation des registres dans la génération de code

Pour allouer un registre, utilisez la méthode suivante :

TRgObj.getRegister

à partir de l'instance appropriée d'allocateur de registre (en fonction du type de registre) pour obtenir le registre d'une instruction assembleur. De cette façon, un registre imaginaire est alloué et peut être utilisé après cela dans une instruction d'assembleur spécifique.

Le générateur de code l'appelle dans les fonctions suivantes :

tcg.GetIntRegister
tcg.GetAddressRegister
tcg.GetFPURegister
tcg.GetMMRegister

En outre, les méthodes suivantes :

TRgObj.getCpuRegister
TRgObj.ungetCpuRegister
TRgObj.allocCpuRegisters
TRgObj.deallocCpuRegisters

allouent ou libèrent un ou plusieurs registres réels (pas les imaginaires !). Ceci est généralement utilisé pour les instructions qui demandent un registre spécifique (par exemple SHL/SHR/SAR on x86, qui utilisent toujours ECX). C'est aussi utilisé quand on fait un appel de fonction pour indiquer que certains registres (ce qui dépend de la convention d'appel) peuvent être détruits par l'appel de fonction.

Après l'allocation du registre, nous pouvons l'utiliser dans des insrtructions assembleur. Pour chaque instruction qu'il génère, le générateur de code notifie l'allocateur de registre. Il passe l'instruction, ainsi que le registre imaginaire comme paramètres à la méthode suivante.

         TRgObj.add_reg_instruction(instr, r, cg.executionweight);

Mais pour l'instruction MOV, une méthode spécifique est utilisée

         TRgObj.add_move_instruction(instr:Taicpu);

Un poids est également fourni pour déterminer quel registre doit être débordé (spilled) et lequel il est préférable d'utiliser un vrai registre CPU.

Générer les registres réels

A la fin, quand tous les instruction assembleur sont générées, nous appelons

       do_register_allocation(list: TAsmList; headerTai: TAi)

Il calcule les registres réels pour les imaginaires.

Des instructions peuvent utiliser seulement certain types de registres. Ainsi, l'allocateur de registre ne peut pas choisir tous les registres CPU. Pour ces instructions, nous notifions l'allocateur de registre en appelant la méthode

TRgObj.add_Edge

Ces interférences sont construites pendant l'allocation de registre. Chaque descendant qui veut ajouter des interférences surcharge la méthode

procedure TRgObj.add_cpu_interferences(p: TAi); virtual;

Nous avons des descendants de TRgObj pour les différents types de processeurs. Ils appellent add_edge dans add_cpu_interferences selon l'architecture CPU particulière. C'est utilisé pour les processeurs ARM, x86 etc.

Dans la méthode tcgprocinfo.generate_code, qui se trouve dans l'unité psub.pas, est implémentée la création d'allocateurs de registre, l'obtention des registres, la génération de registres réels. Cette méthode occupe une place centrale dans la génération de code qui l'allocation de registre. Dans celle-ci, vous pouvez trouver un appel à hlcg.init_register_allocators pour créer les allocateurs de registre. Faites appel à cg.do_register_allocation(aktproccode,headertai); - pour faire l'allocation effective et aussi à hlcg.done_register_allocators; pour les libérer les allocateurs.

Conseil

Vous pouvez compiler votre projet en utilisant le commutateur -sr. Cela permettra de conserver les noms de registre imaginaire dans le fichier .s généré.

Hiérarchie des appels pour les méthodes publiques

Public


constructor

destructor

do_register_allocation - level 1 is ordered by calling
  insert_regalloc_info_all
  generate_interference_graph
    add_edges_used(1, 2)			get_alias						add_edge
      add_edge												ibitmap.s
  prepare_colouring
    make_work_list				ri_coalesced
      sort_simplify_worklist
  colour_registers
    simplify					ri_coalesced
      decrement_degree				ri_coalesced
    coalesce					get_alias		simplifyworklist.add(v);	ibitmap
      conservative				ri_coalesced
      adjacent_ok				ri_coalesced						ibitmap
      add_worklist							simplifyworklist.add(u);
      combine												ibitmap, add_edge
        enable_moves
        decrement_degree			ri_coalesced		simplifyworklist.add(m)
        add_edge											ibitmap.s
    freeze
      freeze_moves(, 2)				get_alias(3)
    select_spill
      freeze_moves(, 2)				get_alias(3)
    assign_colours(, 2)				get_alias
  epilogue_colouring		Destroys the objects used during the coloring - worklist_moves, active_moves, frozen_moves, coalesced_moves, constrained_moves, reginfo.movelist
  spill_registers
    clear_interferences											ibitmap.s
    instr_spill_register			get_alias
      getregisterinline
        add_edges_used(2, 2)			get_alias
	  add_edge											ibitmap.s
      ungetregisterinline
      get_spill_subreg
      do_spill_replace
      do_spill_read
      do_spill_written
  translate_registers
    assign_colours(, 2)				get_alias

getregister

add_move_instruction
  add_to_movelist

combine						ri_coalesced(s)
  enable_moves
  decrement_degree				ri_coalesced

-----------------------------------------
Properties

live_range_direction
  set_live_range_direction

live_start
  get_live_start
  set_live_start

live_end
  get_live_end
  set_live_end

Classe TRgObj

Description

Classe principale pour l'allocation de registre dans FPC

Méthodes publiques

Méthodes protégées

Méthodes privées

Registres imaginaires

Stockage des registres imaginaires

TRgObj stockent les registres imaginaires dans une liste de structure TRegInfo.

Vie d'un registre imaginaire

La vie d'un registre imaginaire commence quand il est utilisé la première fois pas une instruction assembleur. Lorsqu'il apparaît pour la première fois dans une instruction assembleur dans la liste assembleur pour la routine spécifique. Et finit quand il est utilisé pour la dernière fois dans une instruction assembleur. Dans la structure TRegInfo pour le registre imaginaire particulier, il y a deux champs pour la vie du registre.

live_start: TAi; indique quelle est l'instruction assembleur où le registre est utilisé pour la première fois.
live_end: TAi; indique quelle est l'instruction assembleur où le registre est utilisé pour la dernière fois.

Interférences

Interférences

Call hierarchy

 generate_interference_graph
   add_edges_used(1, 2)			get_alias						add_edge
     add_edge												ibitmap.s


generate_interference_graph

This method iterates the assembler list. Looking for reg_alloc instruction, with the proper regType.

During the iteration we keep all register that are live in list - live_registers. if its allocating it adds the superregister to the live_registers. if its dealloc it removes it from the live_registers.

After adding or removing in live_registers it calls add_edges_used

add_edges_used

Iterates all live_registers and calls add_edge it gets the alias of the current live_register. and the super register u that is passed to the method.

add_edge

When we add edge we keep information on 2 places. One is in the interferenceBitmap And the other is in the adjList of the register information in

reginfo[u].adjList.add(v);
reginfo[v].adjList.add(u);
ibitmap[v, u] := true;
ibitmap[u, v] := true;

In the relation between these 2 registers there is no dependant. There is no primary one. They are both equal in it.

In reginfo you access the information by index. And in bitmap you do the same. This is prity much the same as speed. Why we have this duplicate information on 2 places.

Interferences work with super registers.

Arrière-plan

Groupement des instructions

More abstract look at the CPU instructions shows us that we have mainly few kinds of instructions. - The first group contains instructions that changes some data. This data remains on the same place but it is changed. Also do not need extra data ot perform the change Some instructions like these are inc, dec, CLC, CLD

- Second group are instructions that move date from one place to another. Such as MOV, LAHF, POP, PUSH, LEA

- Third group of instructions are those to compare data. They do not change the data. just check it. Such instructions are TEST, COMPARE

- Fourth group of instructions are those who change the flow of the execution of the instructions such as: JMP, Jcc, JCXZ,

- Fifth group are instructions that changes data based on other data like ADD

Another grouping of instructions could be by the cpu version where the instruction first appear.

Another grouping of instructions could be based on the registers that can be used in the instruction. Some instructions can use only specific registers for the address - mov ax, [bx + si + 1000] You can choose between for example only these registers - BP, BX, SI and DI. Some instructions can use only registers, some addresses, some both. Some registers have subregisters some do not.

Données dans les instructions

Almost all of the instructions operate on some data. Also uses some data to perform operation. The data can be in the cpu registers, memory, cpu flags.

Programmation utilisant les instructions

The instructions are independant one from other. However when a program is created there are some logical dependencies that programmer introduce. Programmer wants a few modifications to be performed on some data. Which can be performed by few instructions executed one after another. And at the end the needed data will be produced. But data is not exactly Cpu register, or memory address. Data is something the the programmer cares about. For example, we have some starting data that equals 1000. we can put it in cpu register we want to add to it 200. We can use Asm instruction add, but then we can move the value that we reached in another register. And then to increment it by 300 at the end we will have the needed value 1500. But we used two registers for one date. Normally we don't have to use two registers. We can do it using one. Cause we have to move the data to second register somewhere in the middle. And this is extra instruction. However more than one data is parallel processed. And sometimes we can use this extra move. Just to speed up executions on other data. This is normally needed when to datas are produced that will calculate third one.

This is not very important for the register allocator. It is more dedicated to the code generator. Code generator could decide where to add extra instruction, to speed other executions. It look like register allocator should not care about this. But it's good to thing about it.

Lignes directrices de la conception objet

In the current implementation the getting of the registers and the allocation are mixed together. Also they share same structures, same class. But the data for each of them is used on the completely different phases. Mixing them togather brings more code on one place. Also its getting difficult to separate them when you work on them. They can be easily devided without lost of speed. Also different types of register allocations can be used. The getting of the registers and setting the weights, also life … can be on one place. But at the end different allocators can process this data. It is difficult for further develop the register allocation cause many phases and logic was brought together on one place.

In the

TRgObj.colour_registers

method different approach can be performed.

Entering different states can be implemented. Instead checking the counts of all lists. It will be faster. Clear code. Easy for debugging. Easy to develop further.

Improvements can be made in the weights of the instructions. Or in the way the allocator decides which register to spill and which not.