本文關(guān)鍵詞：高性能嵌入式CPU旁路轉(zhuǎn)換單元設(shè)計

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【摘要】：隨著嵌入式微處理器逐漸廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)與生活中的各個方面,性能與功耗成為嵌入式微處理器設(shè)計的重要指標,而旁路轉(zhuǎn)換緩沖單元在嵌入式微處理器的這兩個指標上中有重要作用,因此旁路轉(zhuǎn)換單元的研究對嵌入式處理器的設(shè)計有重要意義。本文以杭州中天微系統(tǒng)公司的CK510系列高性能嵌入式處理器以及其仿真平臺為研究基礎(chǔ),重點圍繞高性能嵌入式處理器旁路轉(zhuǎn)換單元展開研究。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點包括以下內(nèi)容： 1.提出一種基于連續(xù)頁面合并回收的旁路轉(zhuǎn)換技術(shù)�；诔绦蜻B續(xù)頁面分配訪問的局部性特征,通過分析基準測試程序的行為,提出一種適用于高性能嵌入式處理器的基于連續(xù)頁面合并回收的TLB地址映射方法。該方法的主要思想為在基于兩路組相聯(lián)結(jié)構(gòu)的Main TLB基礎(chǔ)上,設(shè)計一個用于合并回收頁面的RTLB,來存放由于兩路組相連造成的沖突導(dǎo)致被替換的舊表項,同時合并可以合并的表項,在以后需要該舊表項時不需要重新查找頁表,可以快速獲得。選取EEMBC中的一些應(yīng)用程序進行實驗,實驗結(jié)果顯示本文的TLB在缺失率上有顯著提高。在對RTLB的替換策略選擇上可以采用LRU或者FIFO兩種方式,并對這兩種方式的硬件實現(xiàn)做了詳細說明,并進行了不同替換策略、表項數(shù)目的實驗研究。 2.提出一種基于連續(xù)頁面合并以及PTE基址緩存的硬件載入技術(shù)。對TLB訪問時間分析得知硬件載入時間在整個TLB訪問過程總時間中占有巨大比例,提出對硬件載入改進的兩種方法,分別是：a)合并Main TLB中物理頁號、虛擬頁號均連續(xù)的兩個表項,擴大了Main TLB容量,降低TLB缺失率,減少硬件載入次數(shù)；b)緩存硬件載入過程中第一次查詢頁表得到的PTE基址,有相同PTE基址的虛擬頁號將不需要進行第一次頁表查詢,節(jié)省了一半時間。這兩種方法分別從減少硬件載入次數(shù)和縮短單次硬件載入時間上提升了旁路轉(zhuǎn)換單元的性能,同時降低了缺失率。選取EEMBC中的一些應(yīng)用程序進行實驗,實驗結(jié)果表明硬件載入技術(shù)的TLB在硬件載入總周期上相比傳統(tǒng)的TLB結(jié)構(gòu)有明顯縮減。
【關(guān)鍵詞】：旁路緩沖器 內(nèi)存管理單元 虛擬存儲器 連續(xù)頁面歸并 頁面回收 硬件載入 PTE基址緩存 高性能 低功耗 替換策略
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP368.1
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 目錄10-12
• 圖目錄12-14
• 表目錄14-15
• 1 緒論15-29
• 1.1 概述15
• 1.2 研究背景及意義15-17
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-26
• 1.3.1 虛擬存儲技術(shù)簡介17-20
• 1.3.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-26
• 1.4 論文研究基礎(chǔ)26-27
• 1.5 研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)27-28
• 1.6 本章小結(jié)28-29
• 2 內(nèi)存管理單元概述29-45
• 2.1 內(nèi)存管理單元簡介29-31
• 2.2 旁路轉(zhuǎn)換緩沖器簡介31-35
• 2.2.1 TLB工作原理31-33
• 2.2.2 TLB組織結(jié)構(gòu)33-34
• 2.2.3 TLB替換策略34-35
• 2.3 CKCORE嵌入式內(nèi)存管理單元簡介35-44
• 2.3.1 CKCORE內(nèi)存管理單元體系結(jié)構(gòu)35-37
• 2.3.2 地址空間設(shè)置37-38
• 2.3.3 協(xié)處理器MMU寄存器說明38-43
• 2.3.4 兩級頁表查詢方式簡介43-44
• 2.4 本章小結(jié)44-45
• 3 基于連續(xù)頁面歸并回收的旁路轉(zhuǎn)換技術(shù)研究45-59
• 3.1 旁路轉(zhuǎn)換技術(shù)相關(guān)研究回顧45
• 3.2 程序行為分析45-48
• 3.2.1 MTLB表項替換次數(shù)及重用次數(shù)分析46-48
• 3.2.2 MTLB表項替換內(nèi)容分析48
• 3.3 基于連續(xù)頁面歸并回收的旁路轉(zhuǎn)換器48-58
• 3.3.1 頁面回收RTLB結(jié)構(gòu)48-49
• 3.3.2 連續(xù)頁面歸并回收技術(shù)49-52
• 3.3.3 RTLB替換策略52-54
• 3.3.4 實驗與分析54-58
• 3.4 本章小結(jié)58-59
• 4 基于連續(xù)頁面合并以及緩存的硬件載入技術(shù)研究59-67
• 4.1 旁路轉(zhuǎn)換單元載入技術(shù)簡介59-60
• 4.2 基于連續(xù)頁面合并以及緩存的硬件載入技術(shù)60-66
• 4.2.1 基于連續(xù)頁面合并的硬件載入技術(shù)60-63
• 4.2.2 PTE基址緩存的硬件載入技術(shù)63-64
• 4.2.3 實驗與分析64-66
• 4.3 本章小結(jié)66-67
• 5 總結(jié)與展望67-69
• 5.1 論文研究工作總結(jié)67-68
• 5.2 今后工作展望68-69
• 參考文獻69-74
• 作者簡歷74-75
• 作者攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文75

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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5 劉坤杰;游海亮;嚴曉浪;葛海通;;面向嵌入式應(yīng)用的內(nèi)存管理單元設(shè)計[J];浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版);2007年07期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 葛海通;32位高性能嵌入式CPU及平臺研發(fā)[D];浙江大學(xué);2009年

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本文編號：983040