發(fā)布時(shí)間：2020-06-14 12:43

【摘要】： 能耗問(wèn)題是近年來(lái)人們?cè)谇度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)中普遍關(guān)注的熱點(diǎn),它嚴(yán)重影響著嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展。Cache即高速緩沖存儲(chǔ)器,作為處理器與主存之間的關(guān)鍵橋梁,在優(yōu)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能中發(fā)揮著重要作用,但同時(shí)它也是主要的功耗部件之一。因此,有效地降低Cache的功耗對(duì)嵌入式系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)有著重要的意義。 本文主要研究體系結(jié)構(gòu)級(jí)的低功耗Cache設(shè)計(jì)技術(shù)。在詳細(xì)分析了低功耗Cache技術(shù)的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出了兩種新的低功耗Cache模型,分別為基于有效位預(yù)判和分類訪問(wèn)的低功耗混合Cache模型(CAVPU Cache)和基于容量聯(lián)合分配算法的低功耗分離Cache模型(CCAS Cache)。CAVPU Cache具有低功耗和動(dòng)態(tài)平衡指令負(fù)載和數(shù)據(jù)負(fù)載的優(yōu)點(diǎn);而CCAS Cache則兼?zhèn)涞凸�、�?dòng)態(tài)調(diào)節(jié)負(fù)載和高處理帶寬的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明了上述兩種低功耗模型的有效性。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新工作如下: 1.提出基于有效位預(yù)判和分類訪問(wèn)的低功耗混合Cache模型(CAVPU Cache)。在訪問(wèn)傳統(tǒng)的組相聯(lián)混合Cache時(shí),要同時(shí)訪問(wèn)一個(gè)組中的所有路,這樣極大地增加了訪問(wèn)功耗,因?yàn)閷?duì)于一個(gè)n路的組相聯(lián)Cache,就有n-1路的訪問(wèn)是無(wú)謂的。本文通過(guò)在分類訪問(wèn)的混合Cache模型中增加有效位的預(yù)判,提出一種基于有效位預(yù)判和分類訪問(wèn)的路暫停Cache模型。該低功耗模型既能暫停對(duì)類型不匹配的存儲(chǔ)體的訪問(wèn),又能暫停對(duì)無(wú)效存儲(chǔ)體的訪問(wèn),從而降低了訪問(wèn)能耗,同時(shí)子塊擱置技術(shù)的引入,又減少了Cache的失效開銷。實(shí)驗(yàn)表明,新提出的路暫停Cache模型在保證高性能的同時(shí),又能有效降低Cache的功耗。 2.提出基于容量聯(lián)合分配算法的低功耗分離Cache模型(CCAS Cache)�？芍貥�(gòu)Cache具有參數(shù)可重新配置的特性,建立在可重構(gòu)Cache之上的自適應(yīng)算法,能夠動(dòng)態(tài)地統(tǒng)計(jì)Cache的行為和性能信息,并根據(jù)這些信息在程序運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地改變Cache的配置,從而在保證高性能的前提下,有效地降低Cache的功耗�？紤]到不同程序甚至同一程序的不同運(yùn)行階段對(duì)指令Cache和數(shù)據(jù)Cache的容量的實(shí)時(shí)需求往往不同且不均衡,本文針對(duì)可重構(gòu)分離Cache,提出了一種新的容量聯(lián)合分配算法,該算法可以綜合考慮程序運(yùn)行時(shí)對(duì)兩類Cache資源的實(shí)時(shí)需求,動(dòng)態(tài)地聯(lián)合調(diào)整一級(jí)Cache的容量和配置,從而更有效地利用Cache資源。實(shí)驗(yàn)表明,與先前的自適應(yīng)算法相比,新提出的算法不僅有效地降低了Cache的功耗,而且降低了程序運(yùn)行中由于兩類Cache容量的分配不均衡帶來(lái)的性能損失。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TP368.11
【圖文】：

碩士學(xué)位論文是，如果 Filter Cache 缺失，就會(huì)帶來(lái)性能的下降和功耗的e 的高命中率相當(dāng)重要。Filter Cache 的加入，減少了訪問(wèn)數(shù)，因此可以從整體上降低系統(tǒng)的功耗。的 Filter Cache 方法的主要問(wèn)題是失效率較高，一旦 Filter致性能的下降和功耗的增加。為了解決這個(gè)問(wèn)題，文獻(xiàn)[3ilter Cache 方法。它能預(yù)測(cè)下一條指令是否在 Filter Cache e 中，則訪問(wèn) Filter Cache，否則，就直接訪問(wèn)指令 Cache，ilter Cache 中。顯然，如果預(yù)測(cè)正確，就會(huì)降低由于訪問(wèn) Fi去訪問(wèn)指令 Cache 帶來(lái)的開銷；其缺點(diǎn)是如果預(yù)測(cè)失誤，于預(yù)測(cè)的 Filter Cache 的結(jié)構(gòu)如圖 2.4。

兩級(jí)Filter Cache[32]是對(duì)Filter Cache的另一種改進(jìn)，其結(jié)構(gòu)如圖2.5所示。第一級(jí)Filter Cache是包含一個(gè)塊的緩沖器(single block buffer)，第二級(jí)Filter Cache是哨兵標(biāo)識(shí)(sentry tag)。哨兵標(biāo)識(shí)包含標(biāo)識(shí)的部分位，對(duì)哨兵標(biāo)識(shí)進(jìn)行預(yù)先比較，可以排除標(biāo)識(shí)不匹配的Cache塊，從而避免了不必要的能量消耗。訪問(wèn)兩級(jí)Filter Cache的流程是：CPU給出的訪問(wèn)地址同時(shí)發(fā)送給L1 FilterCache 和L2 Filter Cache。首先檢查L(zhǎng)1 Filter Cache中是否包含CPU所需的數(shù)據(jù)，同時(shí)，譯碼器譯碼和哨兵標(biāo)識(shí)符的比較也同時(shí)完成。如果L1 Filter Cache快速命中，則CPU從中讀取數(shù)據(jù)，同時(shí)中斷訪問(wèn)L2 Filter Cache的操作；如果L1 Filter Cache失效

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 胡濤;面向存儲(chǔ)器完整性驗(yàn)證的Cache設(shè)計(jì)[D];華中科技大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2712798