面向嵌入式處理器的代碼壓縮研究.pdf

1、隨著嵌入式系統(tǒng)軟件功能需求的不斷提高，片上存儲器在系統(tǒng)中所占的成本比重也在不斷增加，壓縮程序存儲空間已成為嵌入式處理器設計需要考慮的問題之一?，F(xiàn)有的壓縮程序存儲空間的解決方案主要分為編譯器優(yōu)化、高密度指令集以及代碼壓縮三類。本文結合自主研發(fā)的兩款嵌入式處理器(CK520，SPOCK)以及集成這兩款處理器的異構雙核SoC(GEM-SOC)，從高密度指令集、代碼壓縮方法以及代碼解碼器的實現(xiàn)方式三個方面開展了研究工作： 1)高密度指令

2、集 以Thumb和MIPS16指令集為代表，討論了雙模式高密度指令集的工作方式以及優(yōu)缺點；以CK-core指令集為代表，從編程模型、指令類型、指令編碼以及尋址方式等方面分析了單模式高密度指令集如何在代碼密度和處理器性能之間作折衷；并以Powerstone基準測試集為基礎，ARM940T和CK520為例，對比分析了Thumb/ARM和CK-core指令集的代碼密度和處理器性能，實驗結果顯示：在使用相同的編譯器條件下，與32位ARM

3、指令集相比，CK520在犧牲17％處理器性能的前提下降低了38％的代碼量；與16位Thumb指令集相比，CK520指令集不僅能夠降低9％的代碼量，還能提高15％的處理器性能，具有很好的性價比。 2)代碼壓縮方法 研究了基于域劃分的代碼壓縮方法。用形式化的語言描述了該方法的三個步驟：符號生成、符號建模以及符號編碼。符號模型的選擇對代碼壓縮率有著關鍵性的影響，本文在傳統(tǒng)的位置模型的基礎上提出了一種新的高階模型——類型模型，該

4、模型挖掘了不同類型指令內(nèi)部符號間的相關性；結合類型模型和傳統(tǒng)的位置模型，提出了另一種高階模型——混合模型，以及使用霍夫曼編碼的代碼壓縮方法。以SPOCK指令集為例，對OggVorbis的代碼壓縮實驗結果表明：混合模型由于同時利用了兩種高階相關，與傳統(tǒng)的位置模型相比壓縮率提升12～14％，最好情況下能將原始程序壓縮到53.16％。研究了基于算術編碼的代碼壓縮方法。該方法使用二進制算術編碼并配以馬爾可夫模型，算術編碼保證了編碼的高效率；馬爾

5、可夫模型可以參數(shù)化配置模型信息以便更好的挖掘符號之間的比特級相關性。討論了一種狀態(tài)機實現(xiàn)的二進制算術編碼器方案，分析了編碼器精度、馬爾可夫模型精度以及模型參數(shù)對代碼壓縮率的影響。 3)代碼解碼器實現(xiàn)方式 基于域劃分的代碼壓縮方法，提出了一種同時支持類型模型和混合模型的低開銷硬件解碼器實現(xiàn)方法。討論了一種二級碼表的霍夫曼編碼方法，根據(jù)每個符號集中符號的概率分布，將他們綜合到一個根符號集中，所有的符號依據(jù)根符號集形成的碼表進

6、行編碼。 面向異構雙核SoC——GEM-SOC，提出了一種純軟件實現(xiàn)的代碼解碼方法，該方法在SPOCK程序啟動的時候由高密度指令集的CK520處理器實施解碼。分別討論了域劃分和算術編碼兩種代碼壓縮方法的軟件解碼器實現(xiàn)方式，對MediaBech基準測試集的測試結果表明：1．軟件解碼方法能夠根據(jù)應用自適應調(diào)整馬爾可夫模型參數(shù)，在犧牲有限性能的前提下提高了DSP程序的代碼壓縮率；2．無論從代碼壓縮率還是軟件解碼器性能方面，采用混合模型