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高性能低功耗嵌入式内存管理单元设计研究

发布时间:2020-12-27 04:03
  随着嵌入式应用设计复杂度不断提升,存储管理成为嵌入式系统软硬件设计的重点和难点。虚拟存储技术是一种基于操作系统的相对于软件透明的存储管理方法,有效简化了应用软件的内存管理模式,提高程序的可移植性。集成于处理器中的内存管理单元是虚拟存储技术的硬件基础,但传统TLB(Translation Look-aside Buffer)设计技术硬件成本高且功耗明显,是嵌入式处理器设计的主要瓶颈。本文重点研究高性能低功耗的嵌入式内存管理单元架构设计的关键技术,主要研究内容和创新点包括:1、基于高速缓存资源共享的TLB设计技术。由于TLB与片上高速缓存具有类似的存储结构和访问模式,本文提出了一种通过复用Cache存储资源的高性能低功耗TLB设计方法,消除了传统方法中TLB存储器的硬件资源及静态功耗,减小了芯核面积。该方法通过设立缓存地址映射表,记录TLB表项在缓存中的地址映射,可有效减少缓存中TLB表项的访问次数,降低动态功耗。2、多进程TLB表项共享缓存行窗口的设计方法。通过将缓存行划分成不同的进程窗口,防止进程切换时TLB表项的频繁替换。充分利用高速缓存的结构特性实现了TLB表项的动态扩展,解决了传... 

【文章来源】:浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:93 页

【学位级别】:硕士

【文章目录】:
致谢
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 嵌入式MMU研究现状及关键技术
        1.2.1 Filter-TLB技术
        1.2.2 Banked-TLB技术
        1.2.3 支持多种页面大小的TLB技术
        1.2.4 编译器支持的旁路TLB
        1.2.5 可综合的两级分层TLB技术
    1.3 嵌入式TLB技术发展趋势
    1.4 论文的技术路线与创新点
    1.5 论文的研究基础
    1.6 论文研究内容和组织结构
第2章 内存管理单元与片上高速缓存概述
    2.1 片上高速缓存Cache简介
        2.1.1 Cache的工作原理
        2.1.2 Cache的分类
        2.1.3 Cache的设计要素
        2.1.4 C-CORE Cache设计简介
    2.2 内存管理单元MMU简介
        2.2.1 MMU地址转换简介
        2.2.2 TLB表项
    2.3 C-CORE内存管理单元简介
    2.4 本章小结
第3章 嵌入式内存管理单元的设计研究
    3.1 高性能低功耗的嵌入式TLB研究设计
        3.1.1 复用高速缓存资源共享的TLB设计
        3.1.2 多进程共享的TLB缓存行窗口
        3.1.3 TLB表项的动态扩展方法
        3.1.4 编码标识位的TLB加锁实现
        3.1.5 动态支持多页面的Micro TLB设计
    3.2 内存管理单元的寄存器编程接口设计
    3.3 MMU异常及处理机制
    3.4 高性能通用协处理器接口设计研究
        3.4.1 通用协处理器接口专有指令集
        3.4.2 通用协处理器接口的流水线设计
        3.4.3 动态可配置的协处理器中断机制
    3.5 本章小结
第4章 嵌入式内存管理单元的验证
    4.1 MMU验证平台简介
    4.2 MMU验证流程及主要功能测试点
    4.3 实验结果与分析
    4.4 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 论文研究工作总结
    5.2 今后工作的展望
参考文献
攻读学位期间发表/录用的学术论文
攻读学位期间申请/授权的发明专利


【参考文献】:
期刊论文
[1]面向嵌入式应用的内存管理单元设计[J]. 刘坤杰,游海亮,严晓浪,葛海通.  浙江大学学报(工学版). 2007(07)
[2]分层式验证平台及覆盖率技术在SOC上的应用[J]. 丁婷婷,申敏.  北京电子科技学院学报. 2007(02)
[3]一种低功耗预比较TLB结构[J]. 侯进永,邢座程.  国防科技大学学报. 2006(05)
[4]嵌入式处理器中访存部件的低功耗设计研究[J]. 黄海林,范东睿,许彤,唐志敏.  计算机学报. 2006(05)
[5]基于北大众志-863 CPU系统芯片的多级TLB性能研究[J]. 宋传华,程旭.  电子学报. 2005(02)

硕士论文
[1]嵌入式处理器内存管理单元的设计和验证[D]. 游海量.浙江大学 2006



本文编号:2941065

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