基于ScratchPad Memory的嵌入式系統(tǒng)優(yōu)化研究.pdf

1、嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的不斷深入，性能、實(shí)時(shí)性與能耗等方面對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的要求越來(lái)越高。嵌入式系統(tǒng)的軟硬件需要協(xié)同進(jìn)行高效率的設(shè)計(jì)，以滿足應(yīng)用的需求?；赟oC與MPSoC的嵌入式系統(tǒng)研究的不斷深入，片上面積的利用效率越來(lái)越高，所集成的器件種類豐富，性能和容量也不斷提升。利用片上高性能器件來(lái)提升嵌入式系統(tǒng)的整體性能更是當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)研究的重點(diǎn)之一。 由于片上可利用面積的增加，越來(lái)越多的嵌

2、入式處理器將存儲(chǔ)器集成在片上，通過(guò)片上高速總線來(lái)進(jìn)行訪問(wèn)。片上存儲(chǔ)器有利于縮小處理器核與內(nèi)存之間的訪問(wèn)延遲，提高系統(tǒng)的整體性能。ScratchPad Memory是集成到芯片上的非cache用途的SRAM存儲(chǔ)器的統(tǒng)稱。通過(guò)軟件控制的方法，將代碼和數(shù)據(jù)存放在ScratchPad Memory中，提供給處理器使用。由于ScratchPad Memory具有軟件可控制、響應(yīng)速度快、占用片上面積小、能耗低的特點(diǎn)，在嵌入式系統(tǒng)中得到了越來(lái)越廣泛的

3、應(yīng)用。 本文關(guān)注SscratchPad Memory的有效使用，研究如何利用ScratchPad Memory進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)化，對(duì)程序進(jìn)行加速，減少消耗在存儲(chǔ)器訪問(wèn)上的時(shí)間，降低因存儲(chǔ)訪問(wèn)帶來(lái)的能耗，從而提高嵌入式系統(tǒng)的整體性能。 本文主要在三個(gè)方面進(jìn)行了研究： (1)基于ScratchPad Memory的嵌入式操作系統(tǒng)優(yōu)化。通過(guò)對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)中調(diào)度算法的改進(jìn)，對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度模塊進(jìn)行優(yōu)化，

4、將進(jìn)程調(diào)度模塊分配到ScratchPad Memory上運(yùn)行；將嵌入式操作系統(tǒng)微內(nèi)核化，對(duì)微內(nèi)核實(shí)行構(gòu)件化，從而提高嵌入式操作系統(tǒng)的運(yùn)行效率。 (2)多道程序共享ScratchPad Memory的優(yōu)化。通過(guò)對(duì)嵌入式程序進(jìn)行分析，生成存儲(chǔ)對(duì)象。這些存儲(chǔ)對(duì)象在運(yùn)行時(shí)，可以被調(diào)度到ScratchPad Memory上，利用ScratchPad Memory的特點(diǎn)加快程序的運(yùn)行速度，減少程序運(yùn)行時(shí)的能耗。 (3)提出了面向

5、MPSoC體系結(jié)構(gòu)的ScratchPad Memory優(yōu)化。對(duì)于傳統(tǒng)的嵌入式程序，通過(guò)編譯分析析取存儲(chǔ)對(duì)象。通過(guò)操作系統(tǒng)專門ScratchPad Memory管理器在多道程序之間進(jìn)行協(xié)同，達(dá)到多道程序共享ScratchPad Memory的目的。通過(guò)對(duì)程序的線程化，提高程序的并行性，同時(shí)，由于線程流水，存儲(chǔ)對(duì)象將會(huì)相對(duì)穩(wěn)定的駐留在ScratchPad Memory上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)程序運(yùn)行加速的目標(biāo)。同時(shí)，本文也通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)所提出的Scrat

6、chPad Memory方法進(jìn)行了驗(yàn)證和測(cè)試。這些優(yōu)化方法在研究中通過(guò)在嵌入式硬件平臺(tái)上和模擬平臺(tái)上的實(shí)驗(yàn)得到了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這些優(yōu)化能夠有效的提高嵌入式系統(tǒng)的性能，降低系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的能耗，優(yōu)化后系統(tǒng)性能提升在20％以上，能耗則減少25％以上。 本研究充分利用了SeratchPad Memory的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了通過(guò)嵌入式操作系統(tǒng)、多道程序共享對(duì)嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)化；探索了多核引入嵌入式系統(tǒng)環(huán)境后，基于ScratchPad Mem