芯片技术占据了战略性、基础性和先导性的地位,关乎到公民信息安全乃至国防战略安全。目前我国的芯片产业基本都是从国外芯片技术公司购买X86或ARM指令集架构授权进行二次研发,随着近年来国际情形动荡,美国对我国频繁发布“芯片制裁令”,导致众多依赖于芯片开发的企业支付高额授权费也无法使用这两项技术,陷入了生死存亡的境地。我国必须寻找新的技术突破口,从开源的指令集架构中设计出自主可控的芯片来应对这场挑战。LLVM编译器框架与RISC-Ⅴ指令集架构均是时下流行的开源技术,基于它们的研发也越来越受到人们的重视。RISC-Ⅴ架构目前面临的问题之一是开发环境问题。开发环境特别是编译器的成熟度,直接影响着RISC-Ⅴ的用户数量及其应用范围。二进制文件的代码密度是衡量一款芯片特别是嵌入式芯片开发环境的重要指标之一,其优化程度直接影响着嵌入式芯片的面积和成本。本文结合LLVM编译器和RISC-Ⅴ指令集的特点,研究了其生成二进制文件的代码密度情况。通过大量的基准测试后,发现目前存在RISC-Ⅴ指令集中设计的RVC压缩指令集不够完善和LLVM编译器寄存器跨函数调用分配方法针对RISC-Ⅴ体系架构寄存器分配不合理的问题,针对上述问题论文开展相关优化算法研究工作,完成的主要工作如下:1.提出了RVC压缩指令的改进策略。RVC压缩指令的基本思想是将32位编码的指令用16位编码来表示以减小编译器生成的二进制文件中汇编指令的编码大小。由于RVC指令编码的特殊性,在测试过程中发现仍有部分代码可被压缩但是未满足目前RVC指令的编码,对这些未压缩的RISC-Ⅴ指令进行仔细研究后将它们分为立即数加法、跳转控制传输、分支控制传输和数据传输指令四大类,为每类未压缩指令分别提出了对应的16位可压缩编码改进策略。（1）针对立即数加法指令操作,设计了两种压缩指令,C.LI*指令能将零扩展的8位立即数加载到寄存器rd’中,C.ADDI*指令能将非零符号扩展的11位立即数按2的倍数缩放与寄存器a5中的值相加然后将结果再写入寄存器a5中。（2）针对条件跳转指令操作,设计了C.J*指令来引用链接器符号表以计算目标跳转地址使跳转操作可以使用索引或指针将其索引到地址表中并检索地址。（3）针对分支控制传输指令操作,设计了两种压缩编码,C.BEQBNE指令能根据选择位来执行条件控制传输bne或beq操作,同时将偏移量零扩展按2的倍数缩放后添加到pc中以形成分支目标地址;C.BRANCH指令执行由sb函数（bne,beq,blt或bge）指定的条件控制转移,同时将偏移量零扩展按2的倍数缩放后添加到pc中以形成分支目标地址。（4）针对数据传输指令操作,设计了两种压缩编码,C.LDSTBYTE0指令能根据选择位来执行将8位无符号值从存储器加载到寄存器rd中还是将32位值从rs2寄存器中存储到存储器,再通过读取寄存器rs1中的基地址来检索有效存储器地址;C.LDSTWORD0指令能根据选择位来执行将32位无符号值从存储器加载到rd寄存器中还是将32位值从rs2寄存器中存储到存储器,再通过读取寄存器rs1中的基地址来检索有效存储器地址。通过测试结果表明,优化后的RVC指令集编码能够提高二进制文件代码密度7%左右。2.提出了一种新的寄存器分配算法RAIBCD。在现有RISC-Ⅴ平台上LLVM编译器寄存器分配线性扫描算法的基础上进行了优化改进,首先提出了活跃变量寄存器分配代价模型,然后基于该代价模型对跨区域活跃变量的寄存器分配算法进行优化,提出并设计实现了RAIBCD算法,从而减少编译生成的指令条数,提高生成的二进制代码密度。通过测试结果可以看出,启用RAIBCD算法后编译器生成的二进制代码文件密度明显提高了10%左右。3.使用基准测试工具CSi BE,进行了代码密度优化实验与分析。测试结果表明LLVM编译器同时采用本文设计的RVC指令改进策略和RAIBCD寄存器分配算法后,能使生成的RISC-Ⅴ二进制文件代码密度提升15%左右,证明了论文提出的两种优化方法的有效性。