嵌入式系統的片上SRAM編譯優(yōu)化研究.pdf

1、嵌入式系統是以應用為核心的計算機系統，是計算機市場中增長最快的領域。嵌入式系統一般采用片上高速靜態(tài)隨機訪問存儲器SRAM(Static Random Access Memory)與片外低速動態(tài)隨機訪問存儲器DRAM(Dynamic Random Access Memory)相結合的層次化結構來實現存儲速度、容量、成本三方面的均衡。片上高速SRAM分為硬件管理的Cache和軟件管理的SPM(Scratch pad Memory)兩種類型，

2、SPM在器件能耗、硅片面積、實時性保證等方面具有明顯優(yōu)勢，已逐步取代Cache成為嵌入式系統中最重要的片上存儲器。
　　 SPM由編譯器負責管理，編譯器決定了SPM數據分配與空間管理、SPM與片外DRAM之間數據傳輸等資源安排調度。嵌入式系統不斷擴大的應用領域和持續(xù)增長的SPM優(yōu)化需求對管理SPM的編譯技術提出了巨大的挑戰(zhàn)，基于編譯指導的存儲空間利用、運行時間效能、器件功耗等課題已成為當前SPM領域的研究熱點。
　　 本

3、文以嵌入式程序中最占用運行時間及能量消耗的循環(huán)結構為研究對象，研究了提高空間利用率和運行時間性能、降低功耗三個方面的SPM編譯優(yōu)化問題。創(chuàng)新性工作和貢獻概述如下：
　　 (1)提出了基于存儲器訪問模式的空間復用編譯優(yōu)化技術。
　　 SPM是容量受限的片上高速緩存器件，本文重點研究了SPM空間受限情況下的編譯優(yōu)化技術，首次提出基于存儲器訪問模式的SPM空間復用編譯優(yōu)化方法。根據循環(huán)迭代內部數組的存儲器訪問模式，確定可互相復

4、用SPM空間的數組。只為循環(huán)迭代中部分數組分配SPM空間，其它數組與已分配空間的數組進行空間復用。循環(huán)迭代內部數組之間采用SPM空間復用優(yōu)化之后，每個循環(huán)迭代所占用的SPM空間減少，既定容量的SPM就可為更多個數的循環(huán)迭代提供數據空間。
　　 (2)提出了基于存儲器訪問模式的數據流水編譯優(yōu)化技術。
　　 本文首次提出了編譯指導的數據流水優(yōu)化管理方法，有效減少數據傳輸冗余操作，提升嵌入式系統運行時間性能。本方法將片上SPM

5、邏輯上劃分為兩個相等的部分，實現CPU數據處理和DMA數據傳輸的并行流水操作。同時，通過對循環(huán)迭代內部數據的存儲器訪問模式分析，如果某數組相關操作數據由本次或之前循環(huán)迭代計算產生，DMA就不用從片外存儲器往SPM裝載該數組的元素。通過在編譯器插入數據傳輸指令之前進行冗余檢查，避免冗余數據裝載到SPM，減少了數據傳輸代價。
　　 (3)提出了基于電壓頻率調整的功耗節(jié)省編譯優(yōu)化技術。
　　 本文研究了編譯指導的SPM嵌入式系

6、統的功耗節(jié)省優(yōu)化問題，首次提出基于動態(tài)電壓頻率調整DVFS(Dynamic Voltage andFrequency Scaling)的SPM功耗管理方法。主要思想是利用CPU數據處理和DMA數據傳輸這兩種操作的時間性能不平衡性，兩者之間的運行時間性能差為實現動態(tài)電壓頻率調整創(chuàng)造了機會。通過檢測CPU數據處理和DMA數據傳輸之間的時間隙，插入適當的模式設置指令，使用單一調整和動態(tài)調整兩種方式降低CPU的供電電壓和時鐘頻率。在保證系統運行