We address the prevalent challenge of Algebraic Data Type duplication in compiler implementations, which results in increased effort, diminished functionality, and complications in synchronizing language constructs across the compiler. To investigate a novel design solution, we present Tree Shaping, a solution to the expression problem. We then implement an experimental compiler using Tree Shaping and examine its potential implications. This compiler processes programs written in PULER, an ML-based programming language that boasts distinct features such as unification rules for type mismatches. Contrary to traditional compilers that terminate and generate an error when encountering a type mismatch, PULER regards type mismatches as first-class citizens.

Este trabalho apresenta uma proposta para implementação de um subconjunto de instruções e comandos de uma linguagem Pascal Padrão ISSO, aplicada a arquitetura RISC, tendo como base a arquitetura RISC-LIE [Vale91], proposta e desenvolvida no IFQSC. Para definição e construção de parte do código gerado foi utilizada a ferramenta de desenvolvimento de compiladores YACC, que definiu toda estrutura gramatical da linguagem, sendo que as demais estruturas foram desenvolvidas usando interfaces em linguagem C. O código gerado pelo computador utilizou trinta instruções de máquina que compõe o simulador da arquitetura RISC-LIE, gerando assim códigos compatíveis que podem ser interpretados por esse simulador. / This work presents a proposal for an implementation of a subset of instructions and commands of Standard Pascal ISO applied to RISC architectures. The work was developed using the RISC-LIE architecture as our target [Vale91]. The RISC-LIE has been proposed and developed at IFQSC. Part of the code was defined and constructed using YACC, a tool for compilers development which defined the grammatical structure of language. The remainder routines were developed using the C language. The code produced by the compiler used the thirty instructions of the RISC-LIE instruction set. These instructions are implemented in the RISC-LIE architecture simulator. Therefore, generates codes that can be interpreted by this simulator.

Este trabalho apresenta uma proposta para implementação de um subconjunto de instruções e comandos de uma linguagem Pascal Padrão ISSO, aplicada a arquitetura RISC, tendo como base a arquitetura RISC-LIE [Vale91], proposta e desenvolvida no IFQSC. Para definição e construção de parte do código gerado foi utilizada a ferramenta de desenvolvimento de compiladores YACC, que definiu toda estrutura gramatical da linguagem, sendo que as demais estruturas foram desenvolvidas usando interfaces em linguagem C. O código gerado pelo computador utilizou trinta instruções de máquina que compõe o simulador da arquitetura RISC-LIE, gerando assim códigos compatíveis que podem ser interpretados por esse simulador. / This work presents a proposal for an implementation of a subset of instructions and commands of Standard Pascal ISO applied to RISC architectures. The work was developed using the RISC-LIE architecture as our target [Vale91]. The RISC-LIE has been proposed and developed at IFQSC. Part of the code was defined and constructed using YACC, a tool for compilers development which defined the grammatical structure of language. The remainder routines were developed using the C language. The code produced by the compiler used the thirty instructions of the RISC-LIE instruction set. These instructions are implemented in the RISC-LIE architecture simulator. Therefore, generates codes that can be interpreted by this simulator.

The SCMP processor presents a unique approach to processor design: integrating multiple processors, a network, and memory onto a single chip. The benefits to this design include a reduction in overhead incurred by synchronization, communication, and memory accesses. To properly determine its effectiveness, the SCMP architecture must be exercised under a wide variety of workloads, creating the need for a variety of applications. A compiler can relieve the time spent developing these applications by allowing the use of languages such as C and Fortran. However, compiler development is a research area in its own right, requiring extensive knowledge of the architecture to make good use of its resources. This thesis presents the design and implementation of a compiler for the SCMP architecture. The thesis includes an in-depth analysis of SCMP and the necessary design choices for an effective compiler using the SUIF and MachSUIF toolsets. Two optimizations passes are included in the discussion: partial redundancy elimination and instruction scheduling. While these optimizations are not specific to parallel computing, architectural considerations must still be made to properly implement the algorithms within the SCMP compiler. These optimizations yield an overall reduction in execution time of 15-36%. / Master of Science

O desafio de implementar tolerância a falhas em sistemas embarcados advém das restrições físicas de ocupação de área, dissipação de potência e consumo de energia desses sistemas. A necessidade de otimizar essas três restrições de projeto concomitante à computação dentro dos requisitos de desempenho e de tempo-real cria um problema difícil de ser resolvido. Soluções clássicas de tolerância a falhas tais como redundância modular dupla e tripla não são factíveis devido ao alto custo em potência e a falta de um mecanismo para se recuperar erros. Apesar de algumas técnicas existentes reduzirem o overhead de potência e área, essas incorrem em alta degradação de desempenho e muitas vezes assumem um modelo de falhas que não é factível. Essa tese introduz a Pilha de HW/SW Transacional, ou simplesmente Pilha, para gerenciar de maneira eficiente as restrições de área, potência, cobertura de falhas e desempenho. A Pilha introduz uma nova estratégia de compilação que organiza os programas em Blocos Básicos Transacionais (BBT), juntamente com um novo processador, a Arquitetura de Blocos Básicos Transacionais (ABBT), a qual provê detecção e recuperação de erros de grão fino e determinística ao usar o BBT como um contâiner de erros e como unidade de checkpointing. Duas soluções para prover a semântica de execução do BBT em hardware são propostas, uma baseada em software e a outra em hardware. A área, potência, desempenho e cobertura de falhas foram avaliadas através do modelo de hardware do ABBT. A Pilha provê uma cobertura de falhas de 99,35%, com overhead de 2,05 em potência e 2,65 de área. A Pilha apresenta overhead de desempenho de 1,33 e 1,54, dependento do modelo de hardware usado para suportar a semântica de execução do BBT. / Fault tolerance implementation in embedded systems is challenging because the physical constraints of area occupation, power dissipation, and energy consumption of these systems. The need for optimizing these three physical constraints while doing computation within the available performance goals and real-time deadlines creates a conundrum that is hard to solve. Classical fault tolerance solutions such as triple and dual modular redundancy are not feasible due to their high power overhead or lack of efficient and deterministic error recovery. Existing techniques, although some of them reduce the power and area overhead, incur heavy perfor- mance penalties and most of the time do not assume a feasible fault model. This dissertation introduces the Transactional HW/SW Stack, or simply Stack, to effi- ciently manage the area, power, fault coverage, and performance conundrum. The Stack introduces a new compilation strategy that assembles programs into Transac- tional Basic Blocks, together with a novel microprocessor, the TransactiOnal Basic Block Architecture (ToBBA), which provides fine-grained error detection and deter- ministic error rollback and elimination using the Transactional Basic Blocks (TBBs) both as a container for errors and as a small unit of data checkpointing. Two so- lutions to sustain the TBB semantics in hardware are introduced: software- and hardware-based. Stack’s area, power, performance, and coverage were evaluated using ToBBA’s hardware implementation model. The Stack attains an error correc- tion coverage of 99.35% with 2.05 power overhead within an area overhead of 2.65. The Stack also presents a performance overhead of 1.33 or 1.54, depending on the hardware model adopted to support the TBB.

O desafio de implementar tolerância a falhas em sistemas embarcados advém das restrições físicas de ocupação de área, dissipação de potência e consumo de energia desses sistemas. A necessidade de otimizar essas três restrições de projeto concomitante à computação dentro dos requisitos de desempenho e de tempo-real cria um problema difícil de ser resolvido. Soluções clássicas de tolerância a falhas tais como redundância modular dupla e tripla não são factíveis devido ao alto custo em potência e a falta de um mecanismo para se recuperar erros. Apesar de algumas técnicas existentes reduzirem o overhead de potência e área, essas incorrem em alta degradação de desempenho e muitas vezes assumem um modelo de falhas que não é factível. Essa tese introduz a Pilha de HW/SW Transacional, ou simplesmente Pilha, para gerenciar de maneira eficiente as restrições de área, potência, cobertura de falhas e desempenho. A Pilha introduz uma nova estratégia de compilação que organiza os programas em Blocos Básicos Transacionais (BBT), juntamente com um novo processador, a Arquitetura de Blocos Básicos Transacionais (ABBT), a qual provê detecção e recuperação de erros de grão fino e determinística ao usar o BBT como um contâiner de erros e como unidade de checkpointing. Duas soluções para prover a semântica de execução do BBT em hardware são propostas, uma baseada em software e a outra em hardware. A área, potência, desempenho e cobertura de falhas foram avaliadas através do modelo de hardware do ABBT. A Pilha provê uma cobertura de falhas de 99,35%, com overhead de 2,05 em potência e 2,65 de área. A Pilha apresenta overhead de desempenho de 1,33 e 1,54, dependento do modelo de hardware usado para suportar a semântica de execução do BBT. / Fault tolerance implementation in embedded systems is challenging because the physical constraints of area occupation, power dissipation, and energy consumption of these systems. The need for optimizing these three physical constraints while doing computation within the available performance goals and real-time deadlines creates a conundrum that is hard to solve. Classical fault tolerance solutions such as triple and dual modular redundancy are not feasible due to their high power overhead or lack of efficient and deterministic error recovery. Existing techniques, although some of them reduce the power and area overhead, incur heavy perfor- mance penalties and most of the time do not assume a feasible fault model. This dissertation introduces the Transactional HW/SW Stack, or simply Stack, to effi- ciently manage the area, power, fault coverage, and performance conundrum. The Stack introduces a new compilation strategy that assembles programs into Transac- tional Basic Blocks, together with a novel microprocessor, the TransactiOnal Basic Block Architecture (ToBBA), which provides fine-grained error detection and deter- ministic error rollback and elimination using the Transactional Basic Blocks (TBBs) both as a container for errors and as a small unit of data checkpointing. Two so- lutions to sustain the TBB semantics in hardware are introduced: software- and hardware-based. Stack’s area, power, performance, and coverage were evaluated using ToBBA’s hardware implementation model. The Stack attains an error correc- tion coverage of 99.35% with 2.05 power overhead within an area overhead of 2.65. The Stack also presents a performance overhead of 1.33 or 1.54, depending on the hardware model adopted to support the TBB.

O desafio de implementar tolerância a falhas em sistemas embarcados advém das restrições físicas de ocupação de área, dissipação de potência e consumo de energia desses sistemas. A necessidade de otimizar essas três restrições de projeto concomitante à computação dentro dos requisitos de desempenho e de tempo-real cria um problema difícil de ser resolvido. Soluções clássicas de tolerância a falhas tais como redundância modular dupla e tripla não são factíveis devido ao alto custo em potência e a falta de um mecanismo para se recuperar erros. Apesar de algumas técnicas existentes reduzirem o overhead de potência e área, essas incorrem em alta degradação de desempenho e muitas vezes assumem um modelo de falhas que não é factível. Essa tese introduz a Pilha de HW/SW Transacional, ou simplesmente Pilha, para gerenciar de maneira eficiente as restrições de área, potência, cobertura de falhas e desempenho. A Pilha introduz uma nova estratégia de compilação que organiza os programas em Blocos Básicos Transacionais (BBT), juntamente com um novo processador, a Arquitetura de Blocos Básicos Transacionais (ABBT), a qual provê detecção e recuperação de erros de grão fino e determinística ao usar o BBT como um contâiner de erros e como unidade de checkpointing. Duas soluções para prover a semântica de execução do BBT em hardware são propostas, uma baseada em software e a outra em hardware. A área, potência, desempenho e cobertura de falhas foram avaliadas através do modelo de hardware do ABBT. A Pilha provê uma cobertura de falhas de 99,35%, com overhead de 2,05 em potência e 2,65 de área. A Pilha apresenta overhead de desempenho de 1,33 e 1,54, dependento do modelo de hardware usado para suportar a semântica de execução do BBT. / Fault tolerance implementation in embedded systems is challenging because the physical constraints of area occupation, power dissipation, and energy consumption of these systems. The need for optimizing these three physical constraints while doing computation within the available performance goals and real-time deadlines creates a conundrum that is hard to solve. Classical fault tolerance solutions such as triple and dual modular redundancy are not feasible due to their high power overhead or lack of efficient and deterministic error recovery. Existing techniques, although some of them reduce the power and area overhead, incur heavy perfor- mance penalties and most of the time do not assume a feasible fault model. This dissertation introduces the Transactional HW/SW Stack, or simply Stack, to effi- ciently manage the area, power, fault coverage, and performance conundrum. The Stack introduces a new compilation strategy that assembles programs into Transac- tional Basic Blocks, together with a novel microprocessor, the TransactiOnal Basic Block Architecture (ToBBA), which provides fine-grained error detection and deter- ministic error rollback and elimination using the Transactional Basic Blocks (TBBs) both as a container for errors and as a small unit of data checkpointing. Two so- lutions to sustain the TBB semantics in hardware are introduced: software- and hardware-based. Stack’s area, power, performance, and coverage were evaluated using ToBBA’s hardware implementation model. The Stack attains an error correc- tion coverage of 99.35% with 2.05 power overhead within an area overhead of 2.65. The Stack also presents a performance overhead of 1.33 or 1.54, depending on the hardware model adopted to support the TBB.