面向混合片上存儲器的多任務嵌入式系統(tǒng)的代碼布局策略.pdf

1、在現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的設計中，性能和能耗通常是功能之外主要的關注點?？焖俚钠蟂RAM，包括高速緩存(Cache)和便簽式存儲器(SPM，ScratchpadMemory)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重要的作用。
　

2、　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容可尋址存儲器(CAM，Content Addr

3、essableMemory)，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，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，

4、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嵌入式系統(tǒng)下的混合存儲架構提出了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內的緩存沖突而造成的未命中。我們利用任務內和任務間的緩存沖突信息，基于整數(shù)線性規(guī)劃方法(ILP，Integer LinearProgramming)在函數(shù)粒度上產生對SPM的最佳分配方案。此外，我

5、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計。
　　實驗結果顯示我們提出的分配算法要由于已有的混合架構分配策略，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集的適用性，我們基于背包近似算法提出了多項式時間的