Kompilery a procesory

Pátý článek o mikrořadičích založených na RISCových jádrech s architekturou ARM je věnován popisu řady Cortex-M4(F). Čipy obsahující tato jádra se podobají již dříve popsaným jádrům Cortex-M3, ovšem ve skutečnosti mají mnoho společného i s minule popsanými nejvýkonnějšími mikrořadiči Cortex-M7.

V předchozí části článku o mikroprocesorech s RISCovou architekturou jsme si uvedli důvody, které vedly návrháře RISCových procesorů k zavedení takzvaných „komprimovaných“ instrukcí. Kromě minule popsané sady MIPS16e samozřejmě existují i sady další, především pak RVC (RISC-V „C“).

Při popisu mikroprocesorů s RISCovou architekturou jsme se již zmínili o použití těchto čipů v mikrořadičích či SoC, což je oblast, pro kterou původní RISCy nebyly navrženy. A právě v této oblasti se ukazuje, jak může být výhodné používat instrukční sady s kratšími „komprimovanými“ instrukcemi.

Dnes dokončíme popis instrukčních sad rozšiřujících základní 32bitovou instrukční sadu RV32I. Seznámíme se s rozšířením „D“ (operace s čísly double), „Q“ (čísla se čtyřnásobnou přesností), „A“ (atomické operace), 64bitovou instrukční sadou i s rozšířením „C“ (komprimované instrukce).

V dnešní části článku o otevřené architektuře RISCových jader RISC-V nejprve dokončíme popis základní instrukční sady nazvané RV32I a posléze se zaměříme na některá důležitá rozšíření této instrukční sady. Bude se jednat například o instrukce pro násobení a dělení a samozřejmě i o instrukce matematického koprocesoru.

Navážeme na předchozí článek, v němž jsme se seznámili se základními vlastnosti otevřených RISCových procesorových jader OpenRISC a RISC-V. Popíšeme si instrukční sadu RV32I, která je určena pro 32bitové čipy s jádry RISC-V. Je navržena velmi elegantně a navíc její tvůrci dobře vysvětlují všechna svá rozhodnutí.

Ve světě open-source hardware (OSH) se již poměrně dlouho rozvíjí dva velmi zajímavé projekty. Jedná se o otevřené RISCové architektury nazvané OpenRISC a RISC-V. Dnes se seznámíme jak s prvním zmíněným projektem používajícím licence GPL a LGPL, tak i s projektem RISC-V, který je mnohem promyšlenější.

Na předchozí články, v nichž jsme si popsali základní vlastnosti jader Cortex-M, navážeme článkem dnešním, v němž se budeme věnovat stručnému popisu vlastností některých reálných čipů, které tato jádra obsahují. Začneme samozřejmě těmi čipy, v nichž je použito jádro Cortex-M0 či novější Cortex-M0+.

Třetí článek o mikrořadičích s architekturou ARM je věnován nejvýkonnějším jádrům, která jsou v současnosti v této oblasti nabízena. Jedná se o jádra s názvem Cortex-M7. Čipy s těmito jádry se v mnoha ohledech odlišují od již popsaných čipů založených na Cortex-M0, Cortex-M0+ a Cortex-M3.

Na článek z předchozího týdne, v němž jsme si popsali nejmenší jádra ARM s názvem Cortex-M0 a Cortex-M0+, navážeme článkem dnešním, který je věnován výkonnějším mikroprocesorovým a mikrořadičovým jádrům. Ta nesou označení Cortex-M3 a nalezneme je například v čipu, který pohání populární Arduino Due.

Přibližně před pěti lety došlo na trhu s mikrořadiči k poměrně významné události: obrat z prodejů 32bitových mikrořadičů přesáhl obrat dosahovaný u mikrořadičů osmibitových (PIC, řada 51, Atmel AVR). Nezanedbatelný podíl zde mají jádra ARM Cortex-M0 a Cortex-M0+, jejichž architekturu si dnes popíšeme.

Programovací jazyk Lua je standardně překládán do bajtkódu, který je následně interpretován, podobně jako je tomu u většiny dalších skriptovacích jazyků. Ve skutečnosti však mají vývojáři využívající tento programovací jazyk k dispozici i další možnosti: transpřekladače či JIT překladače.

V programovacím jazyku Lua jsou základním numerickým datovým typem čísla s plovoucí řádovou čárkou s dvojitou přesností (IEEE 754) známé v dalších jazycích pod názvem double. Pokud se s tímto datovým typem ve zdrojových kódech pracuje, musí LuaJIT při překladu vygenerovat příslušné strojové instrukce.

Třetím krokem JIT překladu prováděného LuaJITem je transformace pseudoinstrukcí do nativního kódu mikroprocesoru, na němž je LuaJIT spuštěn. LuaJIT podporuje překlad s využitím instrukčních sad mikroprocesorů Intel i AMD (32 bit, 64 bit), ARM (prozatím 32 bit), MIPS a PowerPC. Touto problematikou se budeme zabývat dnes.

V předchozích dvou článcích jsme se zabývali především způsobem detekce stop (traces) v bajtkódu aplikací naprogramovaných v jazyku Lua. Dnes se budeme zabývat druhým a částečně i třetím krokem, který musí trasovací JIT překladač provést. Jedná se o generování pseudoinstrukcí a následně i vytváření nativního kódu.

V další části seriálu o překladači LuaJIT budeme pokračovat v popisu funkce trasovacího překladače. Minule jsme si ukázali, jak trasovací překladač dokáže detekovat často používané programové smyčky, dnes se podíváme na způsob detekce větví ve smyčkách a detekci funkcí volaných s velkou frekvencí.

V dalším článku o překladači LuaJIT si řekneme základní informace o činnosti trasovacího JITu používaného pro detekci těch částí kódu aplikace, které se budou v runtime překládat do nativního (strojového) kódu. Trasovací JIT tvoří zajímavou a dnes stále populárnější skupinu just-in-time překladačů.

V sedmé části článku o Just in Time překladači LuaJIT dokončíme popis mezijazyka, který v LuaJITu plní funkci bajtkódu. Minule jsme se zmínili o způsobu překladu programových smyček, dnes na toto téma navážeme a popíšeme si způsob překladu smyčky for-each a následně pak práci s uzávěry (closures).

V šesté části článku o Just in Time překladači nazvaném LuaJIT si vysvětlíme, jakým způsobem se překládají programové smyčky typu while, repeat-until i smyčky typu for-each používané jak při procházení běžných polí (s prvky adresovanými s využitím indexů), tak i při procházení všemi prvky asociativních polí.

V páté části článku o Just in Time překladači nazvaném LuaJIT se budeme zabývat způsobem překladu programů pracujících s tabulkami. Ukážeme si způsob tvorby jednorozměrných i dvourozměrných tabulek a taktéž přístup k prvkům tabulek, a to jak s využitím celočíselných indexů, tak i s použitím klíčů.