Posts Issued on June 19, 2020

RISC-Vの調査(8)

posted by sakurai on June 19, 2020 #279

ループにおける効率調査

前稿のプログラムは命令試験プログラムだったので、キャッシュの効果が出ていませんでした。そのため、ここではループにおける効率の向上を調査します。合わせてgccの効率も調べます。

int main() {
  for (int j = 0; j < 100; j++) {
    for (int i = 0; i <= 9; i++) {
      *UART0_ADDR = '0'+i;
    }
    *UART0_ADDR = '\n';
  }

このようなループの関数を作成し、gccにより-O, -O2, -O3でコンパイルします。まず+v1で実行命令数を確認すれば、それぞれ、5617、5517、2422実行命令数となりました。

次に+v2でパイプラインの状況を確認します。

表279.1 ステージ毎のパイプラインの状態(-O)
状態 StageF StageD Stage1 Stage2 Stage3
BUSY 91 0 1,150 2,251 0
EMPTY 106 198 178 1,410 3,664
PIPE処理 9,187 9,186 8,056 5,723 5,720
合計 9,384

表279.2 ステージ毎のパイプラインの状態(-O2)
状態 StageF StageD Stage1 Stage2 Stage3
BUSY 88 0 23 2,259 0
EMPTY 106 172 170 284 2,544
PIPE処理 7,972 7,994 7,973 5,623 5,622
合計 8,166

表279.3 ステージ毎のパイプラインの状態(-O3)
状態 StageF StageD Stage1 Stage2 Stage3
BUSY 152 0 1,023 2,264 0
EMPTY 4 131 131 1,138 3,403
PIPE処理 5,672 5,697 4,674 2,426 2,425
合計 5,828

これらの表の合計欄がマシンサイクルを意味しています。従って、最適化度合いに対するCPIは、-O, -O2, -O3のそれぞれで1.67、1.48、2.41となりました。

表279.3の-O3においてはインナーループを展開しているため、命令キャッシュミスが若干増加しており、デコードステージ以下のパイプラインバブルが発生していますが、命令数をぐっと少なくしてマシンサイクルを縮めています。いずれも表264.1と比較すると、ループであるため命令キャッシュミスによるパイプラインストールがかなり少なくなっており、効率が向上しています。


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