隨著嵌入式技術的發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)已經廣泛應用于國防電子、數(shù)字家庭、工業(yè)自動化、汽車電子、醫(yī)學科技、消費電子、無線通訊、電力系統(tǒng)等國民經濟的主要行業(yè)。在高速發(fā)展過程中,對嵌入式系統(tǒng)的尺寸、工作時間、穩(wěn)定性提出了更高的要求,而能耗問題是影響上述指標的主要瓶頸之一。為了解決嵌入式系統(tǒng)能耗不斷增長的問題,出現(xiàn)了使用SPM （Scratchpad Memory）替代Cache的設計趨勢。本文圍繞這一主題,重點研究與降低存儲子系統(tǒng)能耗和提高系統(tǒng)實時性能密切相關的編譯期SPM管理方法與相關技術。論文的主要工作包括：（1）提出了一種基于電路實際活躍度的體系結構級SPM動態(tài)功耗模型。現(xiàn)有功耗模型僅提供SPM的平均訪問功耗值,不能反映程序實際輸入輸出值以及SPM內容布局對電路動態(tài)功耗的影響,限制了降低SPM操作能耗的優(yōu)化效果。針對該問題,本文通過從性能模擬器獲取程序運行時的電路翻轉情況,計算電路實際活躍度值,提出了一種基于電路實際活躍度的體系結構級SPM動態(tài)功耗模型。該模型有效地反映了電路功耗隨電路活躍度變化的特征,有助于指導編譯器通過采取合適的優(yōu)化技術降低程序運行時電路活躍度來減少電路功耗,提高對SPM... 

【文章來源】：中南大學湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：123 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
圖表索引
術語中英對照表
第一章 緒論
    1.1 課題研究的背景
    1.2 論文的主要工作
    1.3 論文的組織結構
第二章 編譯期SPM管理的研究綜述
    2.1 SPM存儲器
        2.1.1 SPM與Cache的比較
        2.1.2 采用SPM的片上存儲系統(tǒng)結構
        2.1.3 SPM的管理機制
    2.2 SPM的功耗模型
        2.2.1 功耗估計方法
        2.2.2 SPM功耗模型
    2.3 編譯期SPM管理
        2.3.1 編譯期SPM管理方法
        2.3.2 面向功耗優(yōu)化的SPM管理
        2.3.3 面向實時性能優(yōu)化的SPM管理
    2.4 本章小結
第三章 基于實際電路活躍度的SPM動態(tài)功耗模型
    3.1 電路功耗
    3.2 動態(tài)功耗模型
        3.2.1 SPM部件結構
        3.2.2 SPM各子部件功耗模型
        3.2.3 功耗模型中a系統(tǒng)因子的設計
    3.3 基于SimpleScalar的功耗模型實現(xiàn)
        3.3.1 SimpleScalar簡介
        3.3.2 SimpleScalar結構
        3.3.3 SPM部件擴展
    3.4 模擬實驗
        3.4.1 實驗環(huán)境設置
        3.4.2 實驗結果
        3.4.3 模型用于優(yōu)化應用示例
    3.5 本章小結
第四章 編譯期SPM低功耗管理方法
    4.1 整體研究框架
    4.2 變量識別
        4.2.1 變量及操作類型分析
        4.2.2 訪問頻度計算
    4.3 一種基于調用鏈關聯(lián)分析的函數(shù)局部變量存儲空間合并方法
        4.3.1 問題描述
        4.3.2 生成調用圖
        4.3.3 函數(shù)間調用鏈關聯(lián)
        4.3.4 生成無調用鏈關聯(lián)函數(shù)集
        4.3.5 實現(xiàn)合并操作
    4.4 一種基于節(jié)點執(zhí)行序圖的動態(tài)置換候選集計算方法
        4.4.1 生成節(jié)點執(zhí)行序圖
        4.4.2 執(zhí)行序圖的節(jié)點類型
        4.4.3 候選集計算
        4.4.4 示例分析
    4.5 一種采用遺傳算法進行布局優(yōu)化的兩階段SPM分配方法
        4.5.1 生成SPM分配方案
        4.5.2 布局優(yōu)化
        4.5.3 分配方案的實現(xiàn)
    4.6 模擬實驗
        4.6.1 基于SUIF平臺的SPM分配管理系統(tǒng)
        4.6.2 實驗參數(shù)設置
        4.6.3 實驗結果及分析
    4.7 本章小結
第五章 面向WCET值優(yōu)化的SPM分配算法
    5.1 面向WCET值優(yōu)化的編譯期SPM管理
        5.1.1 WCET分析
        5.1.2 SPM分配算法
    5.2 基于禁忌搜索的SPM分配算法
        5.2.1 優(yōu)化效用函數(shù)
        5.2.2 禁忌搜索
        5.2.3 分配算法的實現(xiàn)
    5.3 模擬實驗
        5.3.1 實驗環(huán)境設置
        5.3.2 參數(shù)分析
        5.3.3 性能分析
    5.4 本章小結
第六章 結論
    6.1 工作總結
    6.2 研究展望
參考文獻
致謝
攻讀博士學位期間主要的研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于擴展控制流圖的片上存儲器分配策略[J]. 王學香,浦漢來,楊軍.  電子學報. 2007(08)
[2]一種求解TSP的高效遺傳算法[J]. 王超學,崔杜武,王竹榮,費蓉.  西安理工大學學報. 2006(01)
[3]面向功耗優(yōu)化的片上存儲器分配策略[J]. 金晶,浦漢來,凌明.  應用科學學報. 2006(02)
[4]基于嵌套循環(huán)指令分析的片上存儲器分配策略[J]. 浦漢來,凌明,金晶,周凡.  電路與系統(tǒng)學報. 2006(01)
[5]面向性能優(yōu)化的片上存儲器容量定制策略[J]. 浦漢來,凌明.  應用科學學報. 2005(04)
[6]一種改進的求解TSP問題的演化算法[J]. 蔡之華,彭錦國,高偉,魏巍,康立山.  計算機學報. 2005(05)
[7]體系結構級功耗分析方法[J]. 李佳,徐勇軍,李曉維,王新平.  系統(tǒng)仿真學報. 2004(12)
[8]有效的低功耗編譯優(yōu)化方法:部件使用局部化[J]. 易會戰(zhàn),楊學軍.  軟件學報. 2004(10)
[9]面向低功耗優(yōu)化設計的系統(tǒng)級功耗模型研究[J]. 李曦,王志剛,周學海,王煦法.  電子學報. 2004(02)
[10]Tabu Search中集中性和多樣性的自適應搜索策略[J]. 賀一,劉光遠,邱玉輝.  計算機研究與發(fā)展. 2004(01)

博士論文
[1]基于ScratchPad Memory的嵌入式系統(tǒng)優(yōu)化研究[D]. 胡威.浙江大學 2008
[2]基于片上SRAM布局的存儲子系統(tǒng)能耗優(yōu)化研究[D]. 金晶.東南大學 2006
[3]SoC存儲子系統(tǒng)系統(tǒng)級性能優(yōu)化技術研究[D]. 浦漢來.東南大學 2006
[4]實時系統(tǒng)最差情況執(zhí)行時間分析的研究[D]. 姬孟洛.國防科學技術大學 2006

碩士論文
[1]實時軟件最壞情況執(zhí)行時間估計研究[D]. 岳峰.大連理工大學 2006



本文編號：3368309