基于Trimaran平台的SPM模拟器设计与实现

发布时间：2020-06-02 00:46

【摘要】：在当代嵌入式系统中,尤其是便携式嵌入式设备中,存储子系统已经被公认为整个嵌入式系统能耗和性能的瓶颈。高速暂存存储器(SPM)凭借其在能耗,速度和面积上的突出优势,在近几年来逐渐成为嵌入式研究者们关注的焦点。由于SPM研究的关键问题在于编译器如何管理SPM的存储空间,而至今还没有一款工具既能支持对SPM的管理策略研究并能模拟SPM机制来检测编译器算法的优劣,这对SPM研究者来说是一个很大的不便。 本文选择了一款嵌入式领域主流的开源编译器和体系结构研究工具Trimaran作为研究平台,在对其代码进行深入分析基础上设计并实现了能模拟SPM机制的新版Trimaran。新的Trimaran版本支持三类SPM操作指令,包括CPU读写SPM的指令,SPM与主存进行数据通信的DMA指令,以及SPM的初始化指令。这些指令由Trimaran的编译器模块生成,并以一种中间表示形式传给支持SPM模拟的Trimaran模拟器模块。改造后的模拟器将中间表示转换成本地C程序,并通过本地C编译器对其编译生成目标文件,然后将其与模拟器中的模拟库链接成可执行程序,从而实现了对SPM操作的模拟。除此之外,为了能更好的支持SPM机制,新版的模拟器还提供对SPM操作信息的统计分析,以及对SPM操作进行细粒度的指令追踪。 实验表明,本文设计并实现的新版Trimaran系统在不影响原版本功能和性能的前提上有效地模拟了SPM机制。
【图文】：

图1.1SPM与Cache的性能比较立的地址空间，编译器可以用访问内存一样的方式来访问SPM。正是由于这个特性，，研究SPM在很大程度上变成了研究编译器的数据分割策略。SPM的研究工作者们在设计出一个新的数据分割算法后，需要先编译基准测试程序，然后将目标文件写入相应的嵌入式系统ROM中，通过实际运行来检测算法的优劣，这显然给SPM的研究带来很多不便。主要原因在于，编译器的研究者可能需要针对各种嵌入式架构设计算法，很有可能这种架构还没有生产出实际的硬件，这种情况下算法的效果也就无法检测。因此，将编译器和嵌入式架构模拟器集成在一起才是最好的选择。1.2国内外研究现状在上个世纪九十年代，随着信息化，智能化，网络化的发展，嵌入式技术获得了广阔的发展空间。其中便携式嵌入式设备的迅速发展，才使SPM开始受到嵌入式业内越来越多的关注。

(一般为动态存储器)的存取一般要耗费更长的时间。2.1.2SPM的硬件特性图2.1描述了一个典型的嵌入式处理器架构配置块图，虚线包围的区域为芯片内部组件，通过接口与外部动态存储器通信。CPU内核的地址总线和数据总线分别与数据Cache，SPM以及外部存储器接口(EMI)相连。当CPU发出一个内存访问请求时，数据Cache向EMI发送一个缓存hit标志信号来相应数据访问。相似的，如果SPM中的SRAM接口电路判断出CPU所要访问的内存地址被映射到SPM的地址段中，它就取得数据总线的控制权并通过hit信号将SPM的Hit标志发送给EMI。如果Caehe和SPM都发出miss信号，那么EMI就从Caehe和SPM中选出一个并将一块大小合适的数据块传送到其中。图2.1一个典型的嵌入式处理器架构配置块图图2.2中描述了包含SPM的嵌入式架构的数据地址空间映射
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP368.1

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本文编号：2692330