本文關(guān)鍵詞：面向混合片上存儲器的多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)的代碼布局策略，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計中,性能和能耗通常是功能之外主要的關(guān)注點�？焖俚钠蟂RAM,包括高速緩存(Cache)和便簽式存儲器(SPM, Scratchpad Memory)被廣泛地用于縮小在快速的CPU和較慢的主存儲器之間不斷擴張的速度差距。另一方面,由于片上SRAM所消耗的能量占總能耗的很大一部分,存儲器子系統(tǒng)被認為是存儲密集型嵌入式應用程序的能量瓶頸。因此,在設(shè)計和優(yōu)化高效能的嵌入式系統(tǒng)時,片上存儲器的管理起著至關(guān)重要的作用。硬件控制的Cache對于系統(tǒng)軟件和程序員來說是透明的、無法操作的,但可以通過利用程序的局部性原理(包括時間局部性和空間局部性)來提高通用應用程序的性能。而作為其替換物的SPM,在嵌入式系統(tǒng)中的使用越來越受到歡迎。與傳統(tǒng)的高速緩存相比,由于SPM中存儲單元的分配和替換都是由軟件來控制,在實時系統(tǒng)設(shè)計中SPM可以提供更好的時間預測性。此外,由于SPM中不包含Cache中用于標簽存儲和比較的內(nèi)容可尋址存儲器(CAM, Content Addressable Memory), SPM具有更高的訪存速度和更低的訪問能耗。如今,有許多現(xiàn)成的嵌入式處理器采用混合片上SRAM架構(gòu),其片上存儲器同時由Cache和SPM(在ARM處理器中又被稱為緊耦合存儲器,Tightly Coupled Memory)構(gòu)成,其中包括亞德諾的Blackfin處理器(如ADSP-BF539), ARM11, Cortex-R系列,和飛思卡爾的ColdFire處理器MCF5。但是,SPM的使用需要復雜的分配方案,以便超越硬件控制的高速緩存,而這需要編譯器以及操作系統(tǒng)的支持。在本文的工作中,我們基于前面提出的多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)下的混合存儲架構(gòu)提出了SPM的靜態(tài)分配策略,用于減少存儲子系統(tǒng)的訪問延遲或能耗。我們通過對緩存行為的細粒度分析來獲取任務(wù)內(nèi)的緩存沖突而造成的未命中。我們利用任務(wù)內(nèi)和任務(wù)間的緩存沖突信息,基于整數(shù)線性規(guī)劃方法(ILP, Integer Linear Programming)在函數(shù)粒度上產(chǎn)生對SPM的最佳分配方案。此外,我們基于背包近似算法提出了兩種近似算法,分別在函數(shù)粒度和基本塊粒度上對SPM進行分配,用于空間探索的快速設(shè)計。實驗結(jié)果顯示我們提出的分配算法要由于已有的混合架構(gòu)分配策略,無論是存儲系統(tǒng)訪問延遲還是能耗。相比已有的多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)下的SPM靜態(tài)分配算法,我們提出的算法在指令存儲子系統(tǒng)的性能上有30.51%的提升,而在能耗上也減少了34.92%。此外,為了提高我們分配策略對于大任務(wù)集的適用性,我們基于背包近似算法提出了多項式時間的啟發(fā)式算法,用于在函數(shù)級別和基本塊級別對SPM進行靜態(tài)分配。相比整數(shù)線性規(guī)劃算法,我們的函數(shù)級近似分配算法可以在很少的時間內(nèi)得到次優(yōu)的分配方案,可以用于空間探索的快速設(shè)計。另外,我們的基本塊級近似分配算法在可接受的分析代價下得到較高的資源利用率以及性能或能耗的全面優(yōu)化。
【關(guān)鍵詞】：多任務(wù) 混合片上存儲器 SPM分配 緩存沖突
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 緒論12-16
• 1.1 課題研究背景和意義12-14
• 1.2 本文的主要工作14-15
• 1.3 本文的章節(jié)安排15-16
• 第2章 相關(guān)工作和混合存儲架構(gòu)16-25
• 2.1 相關(guān)工作及研究現(xiàn)狀16-19
• 2.2 SPM與Cache19-21
• 2.3 混合存儲架構(gòu)21-22
• 2.4 混合存儲架構(gòu)下SPM分配問題分析22-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第3章 SPM管理算法25-33
• 3.1 假設(shè)和常用符號25-26
• 3.2 對Cache行為進行建模26-29
• 3.3 基于ILP的SPM分配策略29-32
• 3.4 本章小結(jié)32-33
• 第4章 SPM近似分配算法33-43
• 4.1 函數(shù)級SPM分配策略33-39
• 4.2 基本塊級SPM分配策略39-42
• 4.3 本章小結(jié)42-43
• 第5章 實驗結(jié)果及分析43-56
• 5.1 實驗流程及框架43-47
• 5.2 函數(shù)級SPM分配的實驗結(jié)果及分析47-52
• 5.3 基本塊級SPM分配的實驗結(jié)果及分析52-53
• 5.4 算法分析時間統(tǒng)計53-55
• 5.5 本章小結(jié)55-56
• 第6章 結(jié)論與展望56-58
• 6.1 工作總結(jié)56-57
• 6.2 課題展望57-58
• 參考文獻58-63
• 致謝63-64
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文目錄64-65
• 攻讀學位期間參與科研項目及獲獎情況65-66
• 附件66

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本文編號：267182