高性能嵌入式CPU旁路转换单元设计

发布时间：2017-10-06 13:28

  本文关键词：高性能嵌入式CPU旁路转换单元设计

  更多相关文章： 旁路缓冲器 内存管理单元 虚拟存储器 连续页面归并 页面回收 硬件载入 PTE基址缓存 高性能 低功耗 替换策略

【摘要】：随着嵌入式微处理器逐渐广泛应用于生产与生活中的各个方面,性能与功耗成为嵌入式微处理器设计的重要指标,而旁路转换缓冲单元在嵌入式微处理器的这两个指标上中有重要作用,因此旁路转换单元的研究对嵌入式处理器的设计有重要意义。本文以杭州中天微系统公司的CK510系列高性能嵌入式处理器以及其仿真平台为研究基础,重点围绕高性能嵌入式处理器旁路转换单元展开研究。本文的主要研究内容和创新点包括以下内容： 1.提出一种基于连续页面合并回收的旁路转换技术。基于程序连续页面分配访问的局部性特征,通过分析基准测试程序的行为,提出一种适用于高性能嵌入式处理器的基于连续页面合并回收的TLB地址映射方法。该方法的主要思想为在基于两路组相联结构的Main TLB基础上,设计一个用于合并回收页面的RTLB,来存放由于两路组相连造成的冲突导致被替换的旧表项,同时合并可以合并的表项,在以后需要该旧表项时不需要重新查找页表,可以快速获得。选取EEMBC中的一些应用程序进行实验,实验结果显示本文的TLB在缺失率上有显著提高。在对RTLB的替换策略选择上可以采用LRU或者FIFO两种方式,并对这两种方式的硬件实现做了详细说明,并进行了不同替换策略、表项数目的实验研究。 2.提出一种基于连续页面合并以及PTE基址缓存的硬件载入技术。对TLB访问时间分析得知硬件载入时间在整个TLB访问过程总时间中占有巨大比例,提出对硬件载入改进的两种方法,分别是：a)合并Main TLB中物理页号、虚拟页号均连续的两个表项,扩大了Main TLB容量,降低TLB缺失率,减少硬件载入次数；b)缓存硬件载入过程中第一次查询页表得到的PTE基址,有相同PTE基址的虚拟页号将不需要进行第一次页表查询,节省了一半时间。这两种方法分别从减少硬件载入次数和缩短单次硬件载入时间上提升了旁路转换单元的性能,同时降低了缺失率。选取EEMBC中的一些应用程序进行实验,实验结果表明硬件载入技术的TLB在硬件载入总周期上相比传统的TLB结构有明显缩减。
【关键词】：旁路缓冲器 内存管理单元 虚拟存储器 连续页面归并 页面回收 硬件载入 PTE基址缓存 高性能 低功耗 替换策略
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP368.1
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 目录10-12
• 图目录12-14
• 表目录14-15
• 1 绪论15-29
• 1.1 概述15
• 1.2 研究背景及意义15-17
• 1.3 国内外研究现状17-26
• 1.3.1 虚拟存储技术简介17-20
• 1.3.2 国内外研究现状20-26
• 1.4 论文研究基础26-27
• 1.5 研究内容及论文结构27-28
• 1.6 本章小结28-29
• 2 内存管理单元概述29-45
• 2.1 内存管理单元简介29-31
• 2.2 旁路转换缓冲器简介31-35
• 2.2.1 TLB工作原理31-33
• 2.2.2 TLB组织结构33-34
• 2.2.3 TLB替换策略34-35
• 2.3 CKCORE嵌入式内存管理单元简介35-44
• 2.3.1 CKCORE内存管理单元体系结构35-37
• 2.3.2 地址空间设置37-38
• 2.3.3 协处理器MMU寄存器说明38-43
• 2.3.4 两级页表查询方式简介43-44
• 2.4 本章小结44-45
• 3 基于连续页面归并回收的旁路转换技术研究45-59
• 3.1 旁路转换技术相关研究回顾45
• 3.2 程序行为分析45-48
• 3.2.1 MTLB表项替换次数及重用次数分析46-48
• 3.2.2 MTLB表项替换内容分析48
• 3.3 基于连续页面归并回收的旁路转换器48-58
• 3.3.1 页面回收RTLB结构48-49
• 3.3.2 连续页面归并回收技术49-52
• 3.3.3 RTLB替换策略52-54
• 3.3.4 实验与分析54-58
• 3.4 本章小结58-59
• 4 基于连续页面合并以及缓存的硬件载入技术研究59-67
• 4.1 旁路转换单元载入技术简介59-60
• 4.2 基于连续页面合并以及缓存的硬件载入技术60-66
• 4.2.1 基于连续页面合并的硬件载入技术60-63
• 4.2.2 PTE基址缓存的硬件载入技术63-64
• 4.2.3 实验与分析64-66
• 4.3 本章小结66-67
• 5 总结与展望67-69
• 5.1 论文研究工作总结67-68
• 5.2 今后工作展望68-69
• 参考文献69-74
• 作者简历74-75
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 何芳;;加快虚拟存储器速度的方法分析[J];电脑与电信;2006年10期

2 崔更申;黄廷辉;王力;;一种通用的嵌入式操作系统内存保护设计[J];计算机工程;2005年24期

3 武淑丽;孟建熠;王荣华;严晓浪;葛海通;;基于预测缓存的低功耗TLB快速访问机制[J];计算机应用研究;2011年08期

4 何军;张晓东;郭勇;;一种TLB结构优化方法[J];计算机工程;2012年21期

5 刘坤杰;游海亮;严晓浪;葛海通;;面向嵌入式应用的内存管理单元设计[J];浙江大学学报(工学版);2007年07期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 葛海通;32位高性能嵌入式CPU及平台研发[D];浙江大学;2009年

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本文编号：983040