嵌入式Cache控制器的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、隨著微處理器執(zhí)行單元與存儲器性能差異的日益加大，層次存儲系統(tǒng)越來越顯得重要。對于嵌入式系統(tǒng)來說，尤為突顯存儲層次結(jié)構(gòu)的重要性，因為存儲結(jié)構(gòu)通常耗費大量的芯片面積和功耗，而面積和功耗是嵌入式系統(tǒng)中的寶貴資源。所以，在嵌入式處理器的Cache 設(shè)計中，必須精心選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)和優(yōu)化技術(shù)，以較小的硬件代價來構(gòu)建一個高效，低功耗的Cache 控制器。 本文研究了開源的Leon2 處理器中的Cache 控制器，該處理器基于32 位SPARCv

2、8 指令集，同時提供AMBA 系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用于嵌入式產(chǎn)品，如手機，掌上電腦，數(shù)碼相機等等。 本文對其Cache 控制器進行了重新設(shè)計。論文的主要工作如下： 1. 分析了層次存儲系統(tǒng)的性能評價方法，確立了Cache 控制器設(shè)計和優(yōu)化的原則及目標。 2. 研究了Cache 一致性問題，提出了一種有效的系統(tǒng)總線（AHB 總線）擴展方式，用以解決CPU 與協(xié)處理器之間緩存一致性的問題。 3. 分析了Ca

3、che 結(jié)構(gòu)對功耗的影響。根據(jù)實驗結(jié)果，考察了Cache容量，關(guān)聯(lián)度，行大小以及替換策略對功耗的影響，并提出了一種查找最優(yōu)Cache 結(jié)構(gòu)的方法。本文通過硬件監(jiān)測系統(tǒng)性能，軟件協(xié)助或者純硬件計算功耗，并對Cache 容量和組關(guān)聯(lián)實現(xiàn)了可重構(gòu)。在保證性能的前提下，降低了Cache 的功耗。 4. 對該Cache 控制器進行了測試分析。首先分析了總線擴展帶來的資源消耗，驗證了總線擴展機制的有效性。其次，分析了查找Cache最優(yōu)結(jié)構(gòu)所