目錄

1. LabVIEW編譯程序處理過程
2. DFIR提供一種高級的中間表示
3. DFIR分解與優(yōu)化
4. DFIR后端變換
5. LLVM提供一種底層的中間表示
6. DFIR與LLVM協(xié)同工作

　　編譯程序設(shè)計是一個復(fù)雜的話題,，即使對內(nèi)行的軟件工程師來說也要考慮很多專業(yè)知識。

　　NI LabVIEW軟件是一種多規(guī)范的圖形化編程環(huán)境,，含有多種概念,，包括數(shù)據(jù)流，面向?qū)ο?，以及事件?qū)動編程,。LabVIEW也是跨越多種平臺的，能夠很好地用于多種操作系統(tǒng)（OSs），芯片組,，嵌入式設(shè)備,，以及現(xiàn)場可編程門陣列(FPGAs)。LabVIEW編譯程序是一種精密的系統(tǒng),，在過去的20年中具有令人矚目的發(fā)展,。探索NI公司的LabVIEW編譯程序的處理過程以及近來編譯程序的創(chuàng)新。

　　LabVIEW編譯程序處理過程

　　首先一個VI的編譯是類的擴展,，主要負(fù)責(zé)將隱含的類解析為適于終端輸出與檢查句法錯誤的類型,。在類擴展之后，VI從編輯模型轉(zhuǎn)化為可以被編譯程序使用的數(shù)據(jù)流中間表示(DFIR)圖表,。編譯程序執(zhí)行幾種變換,，例如在DFIR圖表分解過程中的死碼刪除，優(yōu)化,，并為代碼生成做好準(zhǔn)備,。DFIR接下來被轉(zhuǎn)化成底層的虛擬機(LLVM)中間表示(IR)，有關(guān)IR的一系列掃描被運行,，以利于更進一步的優(yōu)化與底層化——最終——變?yōu)闄C器碼,。

　　DFIR提供一種高級的中間表示

　　DFIR是一種分級的，結(jié)構(gòu)圖代碼的,，基于圖表的IR,。類似于G代碼，DFIR包含很多具有端點的節(jié)點,，能夠與其它端點相連,。一些節(jié)點，例如框圖,，含有圖表,，這些圖表也可以依此類推地包含其它節(jié)點。

　　圖1顯示了一個簡單VI的最初DFIR,。當(dāng)LabVIEW首次為VI創(chuàng)建一個DFIR時,，這是一種G代碼的直接翻譯，DFIR圖表中的節(jié)點具有像G 代碼中節(jié)點一樣的一對一的對應(yīng)性,。隨著編譯程序的執(zhí)行,，DFIR節(jié)點有可能被移動，部分分離,，或者是增加,，然而編譯程序?qū)⑷匀槐Ａ粼械奶匦裕?LabVIEW代碼中固有的并行特性,。

圖 1. 查看一個簡單VI 的初始 DFIR 圖表

　　DFIR能夠為LabVIEW編譯程序提供兩種可觀的優(yōu)勢：

　　1. DFIR將編輯程序從編譯程序的表示中分離——在DFIR出現(xiàn)以前,，LabVIEW具有一個單獨的VI表示,，由編輯程序和編譯程序共享。這樣在編譯過程中,，阻止了編譯程序修改表示,，也會使引入編譯程序優(yōu)化很困難。DFIR引入了一系列的優(yōu)化與分解措施,，能夠極大地提高LabVIEW代碼的性能,，僅要求結(jié)構(gòu)圖節(jié)點與連線被斷開并可以移動。

　　2. DFIR作為多個編譯程序的前段與后段的公用連接點——今天,，LabVIEW能處理很多明顯不同的任務(wù)。類似地,，LabVIEW也為用戶提供了多種算法模式,，例如LabVIEW MathScript，C一體化,，仿真圖表,，以及狀態(tài)表（statecharts）。DFIR提供了一種常用IR,，它由前端生成而由后端使用,，使不同組合的重新使用更加便利。

　　DFIR分解與優(yōu)化

　　一旦進入DFIR,，VI運行一系列的分解變換,，來縮減或標(biāo)準(zhǔn)化DFIR圖表。在DFIR圖表徹底分解后,，DFIR優(yōu)化掃描開始,。有超過30種分解與優(yōu)化能夠提高LabVIEW代碼的性能。請仔細查看圖2和3顯示的簡單VI,，它被稱為Trim Whitespace VI(Trim Whitespace.vi),，來自vi.lib。

圖 2. 這是任意 DFIR分解前的 VI

圖 3. 上面是Trim Whitespace.vi 結(jié)構(gòu)圖的定義

　　首先,，Trim Whitespace.vi被內(nèi)聯(lián)到調(diào)用VI,，如圖4所示。現(xiàn)在,，不可達代碼與死碼刪除運算可以簡化代碼,。第一個條件結(jié)構(gòu)將總是執(zhí)行相同的分支，因為輸入的是一個恒定值,。因此,，其余的分支可以同整個第二個條件結(jié)構(gòu)一起移走，因為它們從不執(zhí)行,。循環(huán)不變式代碼移動將匹配模式基元（Match Pattern primitive）移出循環(huán)框,，確保其只被執(zhí)行一次，如圖5所示。

圖 4.  subVI內(nèi)聯(lián)到調(diào)用程序,導(dǎo)致一個 DFIR圖表等價于該 G代碼

圖 5. 一次執(zhí)行產(chǎn)生優(yōu)化的 DFIR圖表

　　DFIR后端變換

　　在DFIR圖表被分解與優(yōu)化后,，后端變換開始執(zhí)行,。這些變換評估并注解DFIR圖表，為最終將DFIR圖表降低為LLVM IR做好準(zhǔn)備,。聚叢程序負(fù)責(zé)將節(jié)點歸為簇,，這些簇可以并行運行。替代程序識別何時分配的數(shù)據(jù)可以重新使用,，何時必須制作副本,。在替代程序運行后，分配程序預(yù)留出VI執(zhí)行所需的內(nèi)存空間,。最后,，編碼發(fā)生器負(fù)責(zé)將DFIR圖表轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的機器指令用于目標(biāo)處理器。

 　　LLVM提供一種底層的中間表示

　　LLVM是一種多用途,，高性能,，源代碼開放的構(gòu)架，原來是伊利諾斯州州立大學(xué)的作為研究項目而發(fā)明的,。LLVM因為其靈活性,，簡潔的API以及不受許可的限制，被廣泛用于學(xué)術(shù)研究與工業(yè)生產(chǎn),。在LabVIEW 2010版本,，LabVIEW編碼生成器使用LLVM來生成目標(biāo)機器碼。在從DFIR圖表創(chuàng)建編碼流后,，LabVIEW訪問每個指令并創(chuàng)建一個等價的 LLVM表示,。軟件會激活多種優(yōu)化掃描，最終,，LLVM準(zhǔn)時制(JIT)構(gòu)架在內(nèi)存中創(chuàng)建可執(zhí)行的機器指令?，F(xiàn)在LabVIEW可以使用LLVM來執(zhí)行指令綜合，跳變線程,，聚合標(biāo)量替代（scalar replacement of aggregates）,，條件擴展，尾端調(diào)用刪除,，循環(huán)不變代碼移出,，死碼刪除以及循環(huán)展開。

　　DFIR與LLVM協(xié)同工作

　　DFIR是高級的IR具有并行性,，而LLVM是底層IR,，具有目標(biāo)機器特性的認(rèn)知，二者協(xié)同工作以優(yōu)化開發(fā)者為處理器結(jié)構(gòu)而編寫的LabVIEW代碼,，它們能夠在處理器上被執(zhí)行,。

　　– Chris Wood

　　Chris Wood是NI公司LabVIEW方面的傳感器軟件工程師,。他擁有德克薩斯A&M大學(xué)計算機工程專業(yè)的學(xué)士學(xué)位。

　　 – Craig Smith

　　Craig Smith是NI公司的首席軟件工程師,。他擁有德克薩斯A&M大學(xué)計算機科學(xué)專業(yè)的學(xué)士與碩士學(xué)位,。