Разработка компиляторов предметно-ориентированных языков для спецпроцессоров

В составе современных вычислительных систем все чаще используются аппаратные спецпроцессоры, программируемые на предметно-ориентированных языках. Популярность набирает подход compiler-in-the-loop, предполагающий совместную разработку спецпроцессора и компилятора. При этом традиционный инструментарий (GCC и LLVM) оказывается недостаточным для быстрой разработки оптимизирующих компиляторов, порождающих целевой код нерегулярной архитектуры со статическим параллелизмом операций. В статье предлагается использовать методы решения NP-полных задач для реализации машинно-зависимых фаз компиляции. Фазы осуществляются на основе сведения к задаче SMT, что дает возможность избавиться при построении компилятора от эвристических и приближенных подходов, требующих трудоемкой программной реализации. В частности, с использованием SMT-решателя предлагается реализовать синтез правил машинно-зависимой оптимизации, выбор команд, планирование команд и распределение регистров. Обсуждаются вопросы апробации разработанных методов и алгоритмов на примере компилятора для спецпроцессора с набором команд, ускоряющим реализации алгоритмов низкоресурсных шифров из области Интернета вещей. Полученные результаты компиляции и программного моделирования для 8 криптоалгоритмов и 3 вариантов спецпроцессора (CISC, VLIW и вариант delayed load) демонстрируют практическую применимость предложенного подхода.