A retargetable post-compiler tool for memory energy optimizations

The increasing energy consumption is a problem in portable embedded systems, such as in mobile phones. Because the memory subsystem consumes usually the most energy of embedded system processor architecture, memory energy optimizations can potentially give large energy savings in energy consumption. Because of the wide range of hardware an embedded system developer faces, integrating energy-awareness into compilers would require a lot of resources. Instead we suggest in this thesis that energy optimizations are done on a compiler generated binary with a retarget able post-compiler tool, which does the energy optimizations automatically. In this thesis the framework of the post-compiler tool was planned, which includes a front-end to read in the code, energy models, analyses, profilers, and a back-end to output the optimized code for the target architecture. As target architecture the TI C55x-series DSP was chosen, because it is a cheap and energy-efficient digital signal processor used in many energy-efficient platforms, such as the TI OMAP. As a part of this work, the needed parts of the post-compiler tool was implemented, including a C55x simulator, analyses, and a prototype implementation that does scratchpad memory optimizations for C55x DSP code with a static loop analysis based method, and a profile-based method. As a result, for at least small programs, the static analysis based method gives nearly equally good or equally good results as the profile-based method.Lisääntynyt energiankulutus on ongelma kannettavissa sulautetuissa järjestelmissä, kuten matkapuhelimissa. Koska muistijärjestelmä kuluttaa yleensä eniten energiaa sulautetun järjestelmän prosessoriarkkitehtuurista, muistioptimoinneista voidaan potentiaalisesti saada suuria säästöjä energiankulutukseen. Koska sulautettujen järjestelmien sovelluskehittäjä kohtaa erilaisia laitteita ja prosessoreja, energiatietoisuuden integroiminen kääntäjiin erikseen vaatisi paljon resursseja. Sen sijaan ehdotamme tässä työssä että energia-optimoinnit tehdään kääntäjän tuottamalle binäärille kääntäjän jälkeisellä uudelleenkohdennettavalla työkalujärjestelmällä, joka tekee energia-optimoinnit automaattisesti. Tässä työssä suunniteltiin työkalujärjestelmän runko, johon sisältyy etuosa kääntäjän tuottaman binäärin sisäänlukemiseksi, energiamallit, analyysit, profiloijat, ja takaosan, joka tuottaa optimoidun koodin kohdearkkitehtuurille. Kohdearkkitehtuuriksi valittiin TI C55x-sarjan DSP, koska se on halpa, energiatehokas digitaalinen signaaliprosessori, jota käytetään monessa energiatehokkaassa alustassa, kuten TI OMAP:ssa. Osana tätä työtä toteutettiin myös tarvittavat työkalujärjestelmän osat, kuten C55x prosessorisimulaattori, tarvittavat analyysit, sekä prototyyppitoteutus, joka tekee optimointeja käyttäen scratchpad muistia C55x DSP koodille sekä staattisella silmukka-analyysiin pohjautuvalla menetelmällä, että profilointipohjaisella menetelmällä. Tuloksena saatiin, että ainakin pienille ohjelmille staattinen analyysi antaa lähes yhtä hyvät, tai yhtä hyvät tulokset kuin profilointipohjainen menetelmä