嵌入式微处理器中动态可配置Cache结构的研究

发布时间：2025-01-09 01:26

　　随着集成电路进入深亚微米和纳米级工艺阶段，嵌入式微处理器的功耗问题日益严重，功耗问题已经成为制约新一代微处理器发展最主要因素之一。在现代微处理器结构中，Cache作为微处理器和主存之间的桥梁，虽然极大地提高了系统性能，但它无论在芯片面积还是功耗上都占相当大的比重，Cache的功耗甚至对整个嵌入式系统的功耗具有决定性作用。因此，Cache的低功耗研究一直以来都是处理器体系结构领域的热点问题之一。 不同嵌入式程序对Cache结构的需求差别很大，即使同一应用程序，在不同时间片段对Cache的需求也不一样。传统Cache的结构一般固定不变，经常会出现与应用程序不匹配的现象。本文以提高Cache的能量效率出发，深入研究动态可配置的Cache结构，它在程序运行过程中，动态调整自身的结构，以满足程序的实时需求，在不影响性能的前提下，达到降低功耗的目的。本文的主要创新点与贡献如下： 首先，研究一种容量动态可配置的Cache结构，根据程序的实时需求，关闭处于空闲状态的存储资源，实现有效容量的调整。主要研究内容包括：分析一种容量可调整的Cache结构，通过使能信号控制各路的打开或关断，改变C...

【文章页数】：107 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 存储系统研究的必要性
    1.2 Cache低功耗技术的研究现状
    1.3 本文研究内容及组织结构
2 存储系统的可配置性研究
    2.1 Cache基本结构
    2.2 Cache关键结构参数
    2.3 Cache性能和功耗量化分析
    2.4 动态可配置Cache结构
    2.5 本章小结
3 一种容量动态可配置的Cache结构
    3.1 Cache结构
    3.2 失效率监测机制
    3.3 硬件开销分析
    3.4 Cache功耗评估方法研究
    3.5 动态配置算法
    3.6 实验环境与结果分析
    3.7 本章小结
4 一种相联度动态可配置的Cache结构
    4.1 Cache映射方式
    4.2 路串联Cache结构
    4.3 仲裁机制研究
    4.4 实验环境与结果分析
    4.5 本章小结
5 容量/相联度均动态可配置的Cache结构
    5.1 RSAC的组织结构
    5.2 RSAC的配置策略
    5.3 RSAC的硬件开销
    5.4 实验环境与结果分析
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间发表的学术论文
附录2 攻读博士学位期间参加的科研项目



本文编号：4024929