基于ScratchPad Memory的嵌入式系统优化研究

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作    者： 胡威

来    源： 浙江大学 2008年

摘    要： 嵌入式系统的成长日新月异,其应用也越来越遍及。跟着嵌入式系统应用的不绝深入,机能、及时陸与能耗等方面临付嵌入式系统的要求越来越高。嵌入式系统的软硬件需要协同举办高效率的设计,以满意应用的需求。基于SoC与MPSoC的嵌入式系统研究的不绝深入,片上面积的操作效率越来越高,所集成的器件种类富厚,机能和容量也不绝晋升。操作片上高机能器件来晋升嵌入式系统的整体机能更是当前嵌入式系统研究的重点之一。 由于片上可操作面积的增加,越来越多的嵌入式处理惩罚器将存储器集成在片上,通过片上高速总线来举办会见。片上存储器有利于缩小处理惩罚器核与内存之间的会见延迟,提高系统的整体机能。ScratchPad Memory是集成到芯片上的非cache用途的SRAM存储器的统称。通过软件节制的要领,将代码和数据存放在ScratchPad Memory中,提供应处理惩罚器利用。由于ScratchPad Memory具有软件可节制、响应速度快、占用片上面积小、能耗低的特点,在嵌入式系统中获得了越来越遍及的应用。 本文存眷ScratchPad Memory的有效利用,研究如何操作ScratchPad Memory举办嵌入式系统的优化,对措施举办加快,淘汰耗损在存储器会见上的时间,低落因存储会见带来的能耗,从而提高嵌入式系统的整体机能。 本文主要在三个方面举办了研究: (1)基于ScratchPad Memory的嵌入式操纵系统优化。通过对嵌入式操纵系统中调治算法的改造,对嵌入式操纵系统的历程调治模块举办优化,将历程调治模块分派到ScratchPad Memory上运行;将嵌入式操纵系统微内核化,对微内核实行构件化,从而提高嵌入式操纵系统的运行效率。 (2)多道措施共享ScratchPad Memory的优化。通过对嵌入式措施举办阐明,生成存储工具。这些存储工具在运行时,可以被调治到ScratchPad Memory上,操作ScratchPad Memory的特点加速措施的运行速度,淘汰措施运行时的能耗。 (3)提出了面向MPSoC体系布局的ScratchPad Memory优化。对付传统的嵌入式措施,通过编译阐明析取存储工具。通过操纵系统专门的ScratchPadMemory打点器在多道措施之间举办协同,到达多道措施共享ScratchPad Memory的目标。通过对措施的线程化,提高措施的并行性,同时,由于线程流水,存储工具将会相对不变的驻留在ScratchPad Memory上,从而实现对措施运行加快的方针。 同时,本文也通过尝试对所提出的ScratchPad Memory要领举办了验证和测试。这些优化要领在研究中通过在嵌入式硬件平台上和模仿平台上的尝试获得了验证。尝试功效表白,这些优化可以或许有效的提高嵌入式系统的机能,低落系统运行时的能耗,优化后系统机能晋升在20%以上,能耗则淘汰25%以上。 本研究充实操作了ScratchPad Memory的特点,设计了通过嵌入式操纵系统、多道措施共享对嵌入式系统的优化;摸索了多核引入嵌入式系统情况后,基于ScratchPad Memory的优化对多核嵌入式系统的整体机能优化。本研究的事情可以或许有效的通过基于ScratchPad Memory的优化,晋升嵌入式系统的整体机能,将敦促ScratchPad Memory在嵌入式系统中的进一步研究和推广。

关 键 词：

学位级别：  博士

所属学科馆：

信息科技馆

计较机硬件技能馆

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目  录

▪ 摘要

4-6

▪ Abstract

6-15

▪ 第1章 绪论

15-21

▪ 1.1 课题配景

15-18

▪ 1.1.1 嵌入式系统的成长

15-16

▪ 1.1.2 SoC的成长

16-17

▪ 1.1.3 嵌入式系统中的片上存储器

17-18

▪ 1.2 本文的研究念头

18-19

▪ 1.3 本文的主要事情

19-20

▪ 1.4 本文的组织布局

20

▪ 1.5 本章小结

20-21

▪ 第2章 基于ScratchPad Memory的优化综述

21-39

▪ 2.1 ScratchPad Memory概述

21-28

▪ 2.1.1 ScratchPad Memory的特征

21-23

▪ 2.1.2 集成ScratchPad Memory的单核处理惩罚器布局

23-25

▪ 2.1.3 集成ScratchPad Memory的MPSoC处理惩罚器的布局

25-27

▪ 2.1.4 ScratchPad Memory研究热点

27-28

▪ 2.2 不行重叠的ScratchPad Memory优化要领

28-31

▪ 2.3 可重叠的ScratchPad Memory优化

31-34

▪ 2.4 数组分别和轮回调动的优化要领

34-36

▪ 2.5 面向MPSoC的优化要领

36-37

▪ 2.6 今朝研究所存在的问题

37-38

▪ 2.7 本章小结

38-39

▪ 第3章 基于ScratchPad Memory的嵌入式系统优化研究框架

39-43

▪ 3.1 整体研究框架

39-40

▪ 3.2 研究内容概述

40-42

▪ 3.2.1 嵌入式操纵系统优化

40-41

▪ 3.2.2 多道措施共享优化

41-42

▪ 3.2.3 面向MPSoC的优化

42

▪ 3.3 本章小结

42-43

▪ 第4章 嵌入式操纵系统优化要领

43-62

▪ 4.1 操纵系统调治算法优化

43-50

▪ 4.1.1 任务模子

43-44

▪ 4.1.2 资源模子

44-45

▪ 4.1.3 任务分组与组内调治

45-46

▪ 4.1.4 调治算法优化

46-50

▪ 4.2 历程调治模块优化

50-56

▪ 4.2.1 历程调治代码与数据的组织

50-51

▪ 4.2.2 ScratchPad Memory的空间分别

51-53

▪ 4.2.3 历程调治模块的重分派

53-56

▪ 4.3 嵌入式操纵系统的优化

56-61

▪ 4.3.1 片上微内核

56-58

▪ 4.3.2 资源封装

58-60

▪ 4.3.3 微内核构件化

60-61

▪ 4.4 本章小结

61-62

▪ 第5章 多道措施共享优化要领

62-79

▪ 5.1 多道措施共享方法

62-64

▪ 5.2 措施的编译阐明

64-72

▪ 5.2.1 阐明流程

64-66

▪ 5.2.2 节制流图阐明

66-69

▪ 5.2.3 存储工具生成

69-72

▪ 5.3 ScratchPad Memory的打点

72-78

▪ 5.3.1 虚实地点映射

72-74

▪ 5.3.2 ScratchPad Memory的存储组织

74-75

▪ 5.3.3 ScratchPad Memory运行时打点

75-78

▪ 5.4 本章小结

78-79

▪ 第6章 面向MPSoC的优化要领

79-96

▪ 6.1 MPSoC的ScratchPad Memory组织

79-82

▪ 6.1.1 处理惩罚器核组的分别

79-80

▪ 6.1.2 ScratchPad Memory的组织

80-82

▪ 6.2 多道措施共享MPSoC的ScratchPad Memory

82-89

▪ 6.2.1 措施的编译阐明

82-85

▪ 6.2.2 核组调治与分派

85-87

▪ 6.2.3 ScratchPad Memory打点

87-89

▪ 6.3 共享Scratchpad Memory的线程调治优化

89-95

▪ 6.3.1 措施的多线程改造

89-91

▪ 6.3.2 ScratchPad Memory的多线程优化

91-95

▪ 6.4 本章小结

95-96

▪ 第7章 尝试功效与阐明

96-115

▪ 7.1 尝试内容

96-97

▪ 7.2 尝试情况

97-100

▪ 7.2.1 单核处理惩罚器硬件尝试平台

97-99

▪ 7.2.2 多核模仿平台

99

▪ 7.2.3 软件情况与测试措施

99-100

▪ 7.3 面向单核处理惩罚器的优化尝试功效与阐明

100-109

▪ 7.3.1 嵌入式操纵系统优化

101-103

▪ 7.3.2 多道措施共享优化

103-107

▪ 7.3.3 综合优化

107-109

▪ 7.4 面向MPSoC的优化尝试功效与阐明

109-114

▪ 7.4.1 多道措施共享优化

109-111

▪ 7.4.2 多线程优化

111-112

▪ 7.4.3 综合优化

112-114

▪ 7.5 本章小结

114-115

▪ 第8章 总结与展望

115-118

▪ 8.1 总结

115-116

▪ 8.2 展望

116-118

▪ 参考文献

118-130

▪ 攻读博士学位期间主要的研究成就

130-133

▪ 叩谢

133-134

▪ 作者简历

134