GCC-Plugin for Automated Accelerator Generation and Integration on Hybrid FPGA-SoCs

In recent years, architectures combining a reconfigurable fabric and a general purpose processor on a single chip became increasingly popular. Such hybrid architectures allow extending embedded software with application specific hardware accelerators to improve performance and/or energy efficiency. Aiding system designers and programmers at handling the complexity of the required process of hardware/software (HW/SW) partitioning is an important issue. Current methods are often restricted, either to bare-metal systems, to subsets of mainstream programming languages, or require special coding guidelines, e.g., via annotations. These restrictions still represent a high entry barrier for the wider community of programmers that new hybrid architectures are intended for. In this paper we revisit HW/SW partitioning and present a seamless programming flow for unrestricted, legacy C code. It consists of a retargetable GCC plugin that automatically identifies code sections for hardware acceleration and generates code accordingly. The proposed workflow was evaluated on the Xilinx Zynq platform using unmodified code from an embedded benchmark suite.Comment: Presented at Second International Workshop on FPGAs for Software Programmers (FSP 2015) (arXiv:1508.06320

Compile-time support for thread-level speculation

Una de las principales preocupaciones de las ciencias de la computación es el estudio de las capacidades paralelas tanto de programas como de los procesadores que los ejecutan. Existen varias razones que hacen muy deseable el desarrollo de técnicas que paralelicen automáticamente el código. Entre ellas se encuentran el inmenso número de programas secuenciales existentes ya escritos, la complejidad de los lenguajes de programación paralelos, y los conocimientos que se requieren para paralelizar un código. Sin embargo, los actuales mecanismos de paralelización automática implementados en los compiladores comerciales no son capaces de paralelizar la mayoría de los bucles en un código [1], debido a la dependencias de datos que existen entre ellos [2]. Por lo tanto, se hace necesaria la búsqueda de nuevas técnicas, como la paralelización especulativa [3-5], que saquen beneficio de las potenciales capacidades paralelas del hardware y arquitecturas multiprocesador actuales. Sin embargo, ésta y otras técnicas requieren la intervención manual de programadores experimentados. Antes de ofrecer soluciones alternativas, se han evaluado las capacidades de paralelización de los compiladores comerciales, exponiendo las limitaciones de los mecanismos de paralelización automática que implementan. El estudio revela que estos mecanismos de paralelización automática sólo alcanzan un 19% de speedup en promedio para los benchmarks del SPEC CPU2006 [6], siendo este un resultado significativamente inferior al obtenido por técnicas de paralelización especulativa [7]. Sin embargo, la paralelización especulativa requiere una extensa modificación manual del código por parte de programadores. Esta Tesis aborda este problema definiendo una nueva cláusula OpenMP [8], llamada ¿speculative¿, que permite señalar qué variables pueden llevar a una violación de dependencia. Además, esta Tesis también propone un sistema en tiempo de compilación que, usando la información sobre los accesos a las variables que proporcionan las cláusulas OpenMP, añade automáticamente todo el código necesario para gestionar la ejecución especulativa de un programa. Esto libera al programador de modificar el código manualmente, evitando posibles errores y una tediosa tarea. El código generado por nuestro sistema enlaza con la librería de ejecución especulativamente paralela desarrollada por Estebanez, García-Yagüez, Llanos y Gonzalez-Escribano [9,10].Departamento de Informática (Arquitectura y Tecnología de Computadores, Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial, Lenguajes y Sistemas Informáticos

Heracles: A Tool for Fast RTL-Based Design Space Exploration of Multicore Processors

This paper presents Heracles, an open-source, functional, parameterized, synthesizable multicore system toolkit. Such a multi/many-core design platform is a powerful and versatile research and teaching tool for architectural exploration and hardware-software co-design. The Heracles toolkit comprises the soft hardware (HDL) modules, application compiler, and graphical user interface. It is designed with a high degree of modularity to support fast exploration of future multicore processors of di erent topologies, routing schemes, processing elements (cores), and memory system organizations. It is a component-based framework with parameterized interfaces and strong emphasis on module reusability. The compiler toolchain is used to map C or C++ based applications onto the processing units. The GUI allows the user to quickly con gure and launch a system instance for easy factorial development and evaluation. Hardware modules are implemented in synthesizable Verilog and are FPGA platform independent. The Heracles tool is freely available under the open-source MIT license at: http://projects.csail.mit.edu/heracle