编译期SPM管理方法及功耗模型研究

发布时间：2021-08-28 10:05

　　随着嵌入式技术的发展,嵌入式系统已经广泛应用于国防电子、数字家庭、工业自动化、汽车电子、医学科技、消费电子、无线通讯、电力系统等国民经济的主要行业。在高速发展过程中,对嵌入式系统的尺寸、工作时间、稳定性提出了更高的要求,而能耗问题是影响上述指标的主要瓶颈之一。为了解决嵌入式系统能耗不断增长的问题,出现了使用SPM （Scratchpad Memory）替代Cache的设计趋势。本文围绕这一主题,重点研究与降低存储子系统能耗和提高系统实时性能密切相关的编译期SPM管理方法与相关技术。论文的主要工作包括：（1）提出了一种基于电路实际活跃度的体系结构级SPM动态功耗模型。现有功耗模型仅提供SPM的平均访问功耗值,不能反映程序实际输入输出值以及SPM内容布局对电路动态功耗的影响,限制了降低SPM操作能耗的优化效果。针对该问题,本文通过从性能模拟器获取程序运行时的电路翻转情况,计算电路实际活跃度值,提出了一种基于电路实际活跃度的体系结构级SPM动态功耗模型。该模型有效地反映了电路功耗随电路活跃度变化的特征,有助于指导编译器通过采取合适的优化技术降低程序运行时电路活跃度来减少电路功耗,提高对SPM... 

【文章来源】：中南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：123 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
图表索引
术语中英对照表
第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景
    1.2 论文的主要工作
    1.3 论文的组织结构
第二章 编译期SPM管理的研究综述
    2.1 SPM存储器
        2.1.1 SPM与Cache的比较
        2.1.2 采用SPM的片上存储系统结构
        2.1.3 SPM的管理机制
    2.2 SPM的功耗模型
        2.2.1 功耗估计方法
        2.2.2 SPM功耗模型
    2.3 编译期SPM管理
        2.3.1 编译期SPM管理方法
        2.3.2 面向功耗优化的SPM管理
        2.3.3 面向实时性能优化的SPM管理
    2.4 本章小结
第三章 基于实际电路活跃度的SPM动态功耗模型
    3.1 电路功耗
    3.2 动态功耗模型
        3.2.1 SPM部件结构
        3.2.2 SPM各子部件功耗模型
        3.2.3 功耗模型中a系统因子的设计
    3.3 基于SimpleScalar的功耗模型实现
        3.3.1 SimpleScalar简介
        3.3.2 SimpleScalar结构
        3.3.3 SPM部件扩展
    3.4 模拟实验
        3.4.1 实验环境设置
        3.4.2 实验结果
        3.4.3 模型用于优化应用示例
    3.5 本章小结
第四章 编译期SPM低功耗管理方法
    4.1 整体研究框架
    4.2 变量识别
        4.2.1 变量及操作类型分析
        4.2.2 访问频度计算
    4.3 一种基于调用链关联分析的函数局部变量存储空间合并方法
        4.3.1 问题描述
        4.3.2 生成调用图
        4.3.3 函数间调用链关联
        4.3.4 生成无调用链关联函数集
        4.3.5 实现合并操作
    4.4 一种基于节点执行序图的动态置换候选集计算方法
        4.4.1 生成节点执行序图
        4.4.2 执行序图的节点类型
        4.4.3 候选集计算
        4.4.4 示例分析
    4.5 一种采用遗传算法进行布局优化的两阶段SPM分配方法
        4.5.1 生成SPM分配方案
        4.5.2 布局优化
        4.5.3 分配方案的实现
    4.6 模拟实验
        4.6.1 基于SUIF平台的SPM分配管理系统
        4.6.2 实验参数设置
        4.6.3 实验结果及分析
    4.7 本章小结
第五章 面向WCET值优化的SPM分配算法
    5.1 面向WCET值优化的编译期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 优化效用函数
        5.2.2 禁忌搜索
        5.2.3 分配算法的实现
    5.3 模拟实验
        5.3.1 实验环境设置
        5.3.2 参数分析
        5.3.3 性能分析
    5.4 本章小结
第六章 结论
    6.1 工作总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间主要的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于扩展控制流图的片上存储器分配策略[J]. 王学香,浦汉来,杨军.  电子学报. 2007(08)
[2]一种求解TSP的高效遗传算法[J]. 王超学,崔杜武,王竹荣,费蓉.  西安理工大学学报. 2006(01)
[3]面向功耗优化的片上存储器分配策略[J]. 金晶,浦汉来,凌明.  应用科学学报. 2006(02)
[4]基于嵌套循环指令分析的片上存储器分配策略[J]. 浦汉来,凌明,金晶,周凡.  电路与系统学报. 2006(01)
[5]面向性能优化的片上存储器容量定制策略[J]. 浦汉来,凌明.  应用科学学报. 2005(04)
[6]一种改进的求解TSP问题的演化算法[J]. 蔡之华,彭锦国,高伟,魏巍,康立山.  计算机学报. 2005(05)
[7]体系结构级功耗分析方法[J]. 李佳,徐勇军,李晓维,王新平.  系统仿真学报. 2004(12)
[8]有效的低功耗编译优化方法:部件使用局部化[J]. 易会战,杨学军.  软件学报. 2004(10)
[9]面向低功耗优化设计的系统级功耗模型研究[J]. 李曦,王志刚,周学海,王煦法.  电子学报. 2004(02)
[10]Tabu Search中集中性和多样性的自适应搜索策略[J]. 贺一,刘光远,邱玉辉.  计算机研究与发展. 2004(01)

博士论文
[1]基于ScratchPad Memory的嵌入式系统优化研究[D]. 胡威.浙江大学 2008
[2]基于片上SRAM布局的存储子系统能耗优化研究[D]. 金晶.东南大学 2006
[3]SoC存储子系统系统级性能优化技术研究[D]. 浦汉来.东南大学 2006
[4]实时系统最差情况执行时间分析的研究[D]. 姬孟洛.国防科学技术大学 2006

硕士论文
[1]实时软件最坏情况执行时间估计研究[D]. 岳峰.大连理工大学 2006



本文编号：3368309