嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展日新月異,其應用也越來越廣泛。隨著嵌入式系統(tǒng)應用的不斷深入,性能、實時陸與能耗等方面對于嵌入式系統(tǒng)的要求越來越高。嵌入式系統(tǒng)的軟硬件需要協(xié)同進行高效率的設計,以滿足應用的需求�；赟oC與MPSoC的嵌入式系統(tǒng)研究的不斷深入,片上面積的利用效率越來越高,所集成的器件種類豐富,性能和容量也不斷提升。利用片上高性能器件來提升嵌入式系統(tǒng)的整體性能更是當前嵌入式系統(tǒng)研究的重點之一。 由于片上可利用面積的增加,越來越多的嵌入式處理器將存儲器集成在片上,通過片上高速總線來進行訪問。片上存儲器有利于縮小處理器核與內存之間的訪問延遲,提高系統(tǒng)的整體性能。ScratchPad Memory是集成到芯片上的非cache用途的SRAM存儲器的統(tǒng)稱。通過軟件控制的方法,將代碼和數(shù)據(jù)存放在ScratchPad Memory中,提供給處理器使用。由于ScratchPad Memory具有軟件可控制、響應速度快、占用片上面積小、能耗低的特點,在嵌入式系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應用。 本文關注ScratchPad Memory的有效使用,研究如何利用ScratchPad Memory進行嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)化,對程序進行加速,減少消耗在存儲器訪問上的時間,降低因存儲訪問帶來的能耗,從而提高嵌入式系統(tǒng)的整體性能。 本文主要在三個方面進行了研究: (1)基于ScratchPad Memory的嵌入式操作系統(tǒng)優(yōu)化。通過對嵌入式操作系統(tǒng)中調度算法的改進,對嵌入式操作系統(tǒng)的進程調度模塊進行優(yōu)化,將進程調度模塊分配到ScratchPad Memory上運行;將嵌入式操作系統(tǒng)微內核化,對微內核實行構件化,從而提高嵌入式操作系統(tǒng)的運行效率。 (2)多道程序共享ScratchPad Memory的優(yōu)化。通過對嵌入式程序進行分析,生成存儲對象。這些存儲對象在運行時,可以被調度到ScratchPad Memory上,利用ScratchPad Memory的特點加快程序的運行速度,減少程序運行時的能耗。 (3)提出了面向MPSoC體系結構的ScratchPad Memory優(yōu)化。對于傳統(tǒng)的嵌入式程序,通過編譯分析析取存儲對象。通過操作系統(tǒng)專門的ScratchPadMemory管理器在多道程序之間進行協(xié)同,達到多道程序共享ScratchPad Memory的目的。通過對程序的線程化,提高程序的并行性,同時,由于線程流水,存儲對象將會相對穩(wěn)定的駐留在ScratchPad Memory上,從而實現(xiàn)對程序運行加速的目標。 同時,本文也通過實驗對所提出的ScratchPad Memory方法進行了驗證和測試。這些優(yōu)化方法在研究中通過在嵌入式硬件平臺上和模擬平臺上的實驗得到了驗證。實驗結果表明,這些優(yōu)化能夠有效的提高嵌入式系統(tǒng)的性能,降低系統(tǒng)運行時的能耗,優(yōu)化后系統(tǒng)性能提升在20%以上,能耗則減少25%以上。 本研究充分利用了ScratchPad Memory的特點,設計了通過嵌入式操作系統(tǒng)、多道程序共享對嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)化;探索了多核引入嵌入式系統(tǒng)環(huán)境后,基于ScratchPad Memory的優(yōu)化對多核嵌入式系統(tǒng)的整體性能優(yōu)化。本研究的工作能夠有效的通過基于ScratchPad Memory的優(yōu)化,提升嵌入式系統(tǒng)的整體性能,將推動ScratchPad Memory在嵌入式系統(tǒng)中的進一步研究和推廣。
【學位單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2008
【中圖分類】：TP368.12
【部分圖文】：

大學博士學位論文2實驗環(huán)境第7章實驗結果與分析1單核處理器硬件實驗平臺實驗的硬件平臺是基于ARM核心的intelXScale體系結構的處理器。XScaie系結構是為移動嵌入式設備設計的SOC處理器。它的指令集是基于ARM體系VSTE指令集并由玩tel加入了無線和多媒體的相關指令。XScale適合于體積小、耗低、成本和性能要求高的嵌入式應用環(huán)境，是典型的嵌入式處理器。圖7.2Xscale體系結構中27x系列的處理器框圖。

OKB16KB32KB64KB128KB192KB256KB平均圖7.4進程切換優(yōu)化實驗結果圖7.4是對進程切換優(yōu)化的效果比較。圖7.4(a)比較了在進行優(yōu)化后，進程切換時間的變化，平均的切換時間減少了20.34%(cache關閉)和25.89%(cache開啟)。在圖7.4中，采用了進程切換的優(yōu)化后，進程切換時間縮短。隨著SeratchPadMelnory容量增加，進程切換時間進一步縮小。當 scratchPadMelnory的容量增加到一定程度時，由于所有可優(yōu)化的存儲訪問都已經在 scratchPadMemory當中，此時優(yōu)化的效果就不再變化。在圖7.4(a)中表現(xiàn)為 ScratchPadMemory的大小在192拙和256KB時，優(yōu)化效果是相同的。

就不再進一步的變化。當采用了嵌入式操作系統(tǒng)的微內核優(yōu)化后，對運行時間和能耗做了比較，如圖7.5。(a)微內核優(yōu)化的運行時間比較100%80%60%40%20%0%100%80%60%40%20%O% OKB16KB32KB64KB128KB192KB256KB平均(b)微內核優(yōu)化的能耗比較 OKB16KB32KB 64KB128KB192KB256KB平均圖7.5微內核優(yōu)化實驗結果由于在 ScratchPadMelnory容量較小時，無法容納全部的微內核構件，因此，一些存儲訪問仍然需要對內存進行操作，這些內存訪問的延遲時間長、能耗也較高。因此，盡管對嵌入式操作系統(tǒng)微內核化并進行 scratchPadMelnory分配后，當 ScratchPadMelnory的容量較小時，優(yōu)化效果不明顯;而當 scratchpadMelnory容量增大后，優(yōu)化效果突出(192KB和256KB時，無論運行時間還是能耗，均可以達到40%以上的優(yōu)化效果)。而平均的優(yōu)化效果則由于scratchl
【引證文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 蔣湘濤;編譯期SPM管理方法及功耗模型研究[D];中南大學;2009年

相關碩士學位論文 前6條

1 崔曉英;基于FPGA的硬件實時操作系統(tǒng)設計[D];哈爾濱理工大學;2010年

2 林愷迪;基于ARM9的機床數(shù)控系統(tǒng)主控制器的研究[D];華南理工大學;2011年

3 王恒偉;嵌入式視頻解碼器運動補償過程的數(shù)據(jù)布局優(yōu)化[D];華中科技大學;2011年

4 曹竟宇;μC/OS-Ⅱ內核分析及設備驅動程序框架設計[D];哈爾濱理工大學;2011年

5 賈小梨;實時操作系統(tǒng)內核研究及中斷管理的硬件實現(xiàn)[D];哈爾濱理工大學;2011年

6 袁名舉;基于ScratchPad Memory的低功耗技術研究[D];中南大學;2010年

本文編號：2854630