嵌入式系統(tǒng)中低功耗Cache的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、能耗問(wèn)題是近年來(lái)人們?cè)谇度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)中普遍關(guān)注的熱點(diǎn)，它嚴(yán)重影響著嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展。Cache即高速緩沖存儲(chǔ)器，作為處理器與主存之間的關(guān)鍵橋梁，在優(yōu)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能中發(fā)揮著重要作用，但同時(shí)它也是主要的功耗部件之一。因此，有效地降低Cache的功耗對(duì)嵌入式系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì)有著重要的意義。 本文主要研究體系結(jié)構(gòu)級(jí)的低功耗Cache設(shè)計(jì)技術(shù)。在詳細(xì)分析了低功耗Cache技術(shù)的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了兩種新的低功耗Cache模型

2、，分別為基于有效位預(yù)判和分類(lèi)訪問(wèn)的低功耗混合Cache模型(CAVPU Cache)和基于容量聯(lián)合分配算法的低功耗分離Cache模型(CCAS Cache)。CAVPU Cache具有低功耗和動(dòng)態(tài)平衡指令負(fù)載和數(shù)據(jù)負(fù)載的優(yōu)點(diǎn)；而CCAS Cache則兼?zhèn)涞凸?、?dòng)態(tài)調(diào)節(jié)負(fù)載和高處理帶寬的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明了上述兩種低功耗模型的有效性。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新工作如下： 1.提出基于有效位預(yù)判和分類(lèi)訪問(wèn)的低功耗混合Cache模型(CAV

3、PU Cache)。在訪問(wèn)傳統(tǒng)的組相聯(lián)混合Cache時(shí)，要同時(shí)訪問(wèn)一個(gè)組中的所有路，這樣極大地增加了訪問(wèn)功耗，因?yàn)閷?duì)于一個(gè)n路的組相聯(lián)Cache，就有n-1路的訪問(wèn)是無(wú)謂的。本文通過(guò)在分類(lèi)訪問(wèn)的混合Cache模型中增加有效位的預(yù)判，提出一種基于有效位預(yù)判和分類(lèi)訪問(wèn)的路暫停Cache模型。該低功耗模型既能暫停對(duì)類(lèi)型不匹配的存儲(chǔ)體的訪問(wèn)，又能暫停對(duì)無(wú)效存儲(chǔ)體的訪問(wèn)，從而降低了訪問(wèn)能耗，同時(shí)子塊擱置技術(shù)的引入，又減少了Cache的失效開(kāi)銷(xiāo)。實(shí)

4、驗(yàn)表明，新提出的路暫停Cache模型在保證高性能的同時(shí)，又能有效降低Cache的功耗。 2.提出基于容量聯(lián)合分配算法的低功耗分離Cache模型(CCAS Cache)?？芍貥?gòu)Cache具有參數(shù)可重新配置的特性，建立在可重構(gòu)Cache之上的自適應(yīng)算法，能夠動(dòng)態(tài)地統(tǒng)計(jì)Cache的行為和性能信息，并根據(jù)這些信息在程序運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地改變Cache的配置，從而在保證高性能的前提下，有效地降低Cache的功耗?？紤]到不同程序甚至同一程序的不同