Implementation of binary floating-point arithmetic on embedded integer processors - Polynomial evaluation-based algorithms and certified code generation

Guillaume Revy 1, 2
1 ARENAIRE - Computer arithmetic
Inria Grenoble - Rhône-Alpes, LIP - Laboratoire de l'Informatique du Parallélisme
Résumé : Aujourd'hui encore, certains systèmes embarqués n'intègrent pas leur propre unité flottante, pour des contraintes de surface, de coût et de consommation d'énergie. Cependant, ce type d'architecture est largement utilisé dans des domaines d'application extrêmement exigeants en calculs flottants (le multimédia, l'audio et la vidéo ou les télécommunications). Pour compenser le fait que l'arithmétique flottante ne soit pas implantée en matériel, elle doit être émulée efficacement à travers une implantation logicielle. Cette thèse traite de la conception et de l'implantation d'un support logiciel efficace pour l'arithmétique virgule flottante IEEE 754 aux processeurs entiers embarqués. Plus spécialement, elle propose de nouveaux algorithmes et outils pour la génération efficace de programmes à la fois rapides et certifiés, permettant notamment d'obtenir des codes C de très faibles latences pour l'évaluation polynomiale en arithmétique virgule fixe. Comparés aux implantations complètement écrites à la main, ces outils permettent de réduire de manière significative le temps de développement d'opérateurs flottants. La première partie de la thèse traite de la conception d'algorithmes optimisés pour certains opérateurs flottants en base 2, et donne des détails sur leur implantation logicielle pour le format virgule flottante binary32 et pour certains processeurs VLIW entiers embarqués comme ceux de la famille ST200 de STMicroelectronics. En particulier, nous proposons ici une approche uniforme pour l'implantation correctement arrondie des racines et de leur inverse, ainsi qu'une extension à la division. Notre approche, qui repose sur l'évaluation d'un seul polynôme bivarié, permet d'exprimer un plus haut degré de parallélisme d'instruction (ILP) que les méthodes précédentes, et s'avère particulièrement efficace en pratique. Ces travaux nous ont permis de fournir une version complètement remaniée de la bibliothèque FLIP, entraînant des gains significatifs par rapport à la version précédente. La deuxième partie de la thèse présente une méthodologie pour générer automatiquement et efficacement des codes C rapides et certifiés pour l'évaluation de polynômes bivariés en arithmétique virgule fixe. En particulier, elle consiste en un ensemble d'heuristiques pour calculer des schémas d'évaluation très parallèles et de faible latence, ainsi qu'un ensemble de techniques pour vérifier si ces schémas restent efficaces sur une architecture cible réelle et suffisamment précis pour garantir l'arrondi correct de l'implantation des opérateurs sous-jacente. Cette approche a été implantée dans l'environnement logiciel CGPE (Code Generation for Polynomial Evaluation). Nous avons ainsi utilisé notre outil pour générer et certifier rapidement des parties significatives des codes de la bibliothèque FLIP.
Type de document :
Thèse
Modeling and Simulation. Université de Lyon; Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, 2009. English


https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00469661
Contributeur : Guillaume Revy <>
Soumis le : vendredi 2 avril 2010 - 10:54:15
Dernière modification le : mardi 6 septembre 2016 - 16:49:18
Document(s) archivé(s) le : mercredi 8 septembre 2010 - 16:59:20

Identifiants

  • HAL Id : tel-00469661, version 1

Collections

Citation

Guillaume Revy. Implementation of binary floating-point arithmetic on embedded integer processors - Polynomial evaluation-based algorithms and certified code generation. Modeling and Simulation. Université de Lyon; Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, 2009. English. <tel-00469661>

Exporter

Partager

Métriques

Consultations de
la notice

635

Téléchargements du document

1858