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.

Les applications multimédia se composent généralement de blocs numériques exhibant des schémas de calcul flottant réguliers. Sur les processeurs sans support architectural pour l'arithmétique flottante, ils peuvent être profitablement transformés en opérateurs dédiés, s'ajoutant aux 5 opérateurs élémentaires (+, -, X, / et √) : en traitant plus d'opérations simultanément, ils permettent d'obtenir de meilleures performances. Cette thèse porte sur la conception de tels opérateurs, et les techniques de compilation mises en œuvre pour les sélectionner. Nous avons réalisé des implémentations optimisées pour un ensemble d'opérateurs dédiés : élévation au carré, mise à l'échelle, fused multiply-add, produit scalaire en dimension deux (DP2), addition/soustraction simultané et sinus/cosinus simultanés. En proposant de nouveaux algorithmes cherchant à maximiser le parallélisme d'instructions et détaillés ici, nous obtenons des accélérations d'un facteur allant jusqu'à 4.2 par appel. Nous détaillons également les changements apportés dans le compilateur pour effectuer la sélection. La plupart des opérateurs sont sélectionnés au niveau syntaxique. Cependant, pour certains opérateurs, nous avons dû améliorer l'analyse d'intervalles entiers pour prendre en compte les variables de type flottant, afin de prouver certaines conditions de positivité requises à leur sélection. Enfin, nous apportons la preuve en pratique de la pertinence de cette approche : sur des noyaux typiques du traitement du signal et sur certaines applications, nous mesurons une amélioration de performance allant jusqu'à 1.59x en comparaison avec la performance obtenue avec les seuls opérateurs élémentaires. / Media processing applications typically involve numerical blocks that exhibit regular floating-point computation patterns. For processors whose architecture supports only integer arithmetic, these patterns can be profitably turned into custom operators, coming in addition to the five basic ones (+, -, X, / and √), but achieving better performance by treating more operations. This thesis addresses the design of such custom operators as well as the techniques developed in the compiler to select them in application codes. We have designed optimized implementations for a set of custom operators which includes squaring, scaling, adding two nonnegative terms, fused multiply-add, fused square-add (x*x+z, with z>=0), two-dimensional dot products (DP2), sums of two squares, as well as simultaneous addition/subtraction and sine/cosine. With novel algorithms targeting high instruction-level parallelism and detailed here for squaring, scaling, DP2, and sin/cos, we achieve speedups of up to 4.2x for individual custom operators even when subnormal numbers are fully supported. Furthermore, we introduce the optimizations developed in the ST231 C/C++ compiler for selecting such operators. Most of the selections are achieved at high level, using syntactic criteria. However, for fused square-add, we also enhance the framework of integer range analysis to support floating-point variables in order to prove the required positivity condition z>= 0. Finally, we provide quantitative evidence of the benefits to support this selection of custom operations: on DSP kernels and benchmarks, our approach allows us to be up to 1.59x faster compared to the sole usage of basic ones.