面向嵌入式系統(tǒng)的自調(diào)數(shù)據(jù)預(yù)取.pdf

1、針對計算機系統(tǒng)中存在的存儲墻問題，現(xiàn)代處理器采用預(yù)取技術(shù)，利用應(yīng)用程序中存在的規(guī)律性地址訪問模式，來對存儲訪問行為進行預(yù)測，以減少高速緩存缺失次數(shù)。然而目前工業(yè)和學(xué)術(shù)界的各種預(yù)取技術(shù)存在以下問題:
　　1）應(yīng)用程序中存在大量的鏈表指針模式，而主流商業(yè)處理器上的預(yù)取引擎只針對線性地址模式進行預(yù)測;
　　2）現(xiàn)有的指針預(yù)取方法對返回值進行類地址判斷，其預(yù)取準(zhǔn)確率較低，通常在10％以下;
　　3）在多核處理器上數(shù)據(jù)預(yù)取引擎會

2、加劇對共享資源的沖突，進而導(dǎo)致系統(tǒng)總體性能降低。
　　本文開發(fā)了一款兼容MIPS32指令集的周期級軟件模擬器，來對嵌入式單核/多核處理器的功能、時序和成本三方面進行建模。在該平臺上針對上述現(xiàn)有預(yù)取技術(shù)中存在的問題探索解決方案。根據(jù)對應(yīng)用特性的分析和優(yōu)化空間探索，提出了用于嵌入式單核處理器的多模式自調(diào)數(shù)據(jù)預(yù)取方案。該解決方案根據(jù)硬件統(tǒng)計的運行時信息，通過特殊預(yù)取指令對兩種預(yù)取模式的激進度進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，通過鏈?zhǔn)胶途€性模式判斷提高了預(yù)

3、取的準(zhǔn)確率。在單核軟件模擬器上執(zhí)行EEMBC、SPEC CPU2006和OLDEN評測程序，結(jié)果表明，多模式預(yù)取引擎的準(zhǔn)確率分別平均為36％，40％和56％，而內(nèi)容指導(dǎo)（Content direct prefetching，CDP）的指針預(yù)取準(zhǔn)確率分別為8％，9％和24％，相對流預(yù)取、CDP指針預(yù)取和GHB預(yù)取性能分別提升7％、6％和9％。
　　本文針對多核多線程的應(yīng)用環(huán)境，提出一種線程分類的預(yù)取機制，來降低數(shù)據(jù)預(yù)取導(dǎo)致的存儲系統(tǒng)

4、資源競爭。提出的多核數(shù)據(jù)預(yù)取機制包括:
　　(1)采用過濾方式通知硬件單元，丟棄預(yù)取請求會導(dǎo)致線程間數(shù)據(jù)無效化的預(yù)取。
　　(2)根據(jù)運行時信息對線程進行分類，調(diào)整各線程數(shù)據(jù)預(yù)取引擎的開關(guān)狀態(tài)和激進程度，從而降低了線程間的資源沖突。
　　在16核系統(tǒng)進行建模，采用PARSEC、SPLASH-2和科學(xué)計算程序進行評估，結(jié)果表明:相比于基準(zhǔn)預(yù)取引擎，采用過濾機制和線程分類調(diào)整預(yù)取策略，系統(tǒng)性能分別可以提升2％和6％。相比將