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)用也越來越廣泛。隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的不斷深入，性能、實時性與能耗等方面對于嵌入式系統(tǒng)的要求越來越高。嵌入式系統(tǒng)的軟硬件需要協(xié)同進行高效率的設(shè)計，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)研究的重點之一。 由于片上可利用面積的增加，越來越多的嵌

2、入式處理器將存儲器集成在片上，通過片上高速總線來進行訪問。片上存儲器有利于縮小處理器核與內(nèi)存之間的訪問延遲，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存儲器的統(tǒng)稱。通過軟件控制的方法，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，在嵌入式系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的

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

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

5、MPSoC體系結(jié)構(gòu)的ScratchPad Memory優(yōu)化。對于傳統(tǒng)的嵌入式程序，通過編譯分析析取存儲對象。通過操作系統(tǒng)專門ScratchPad Memory管理器在多道程序之間進行協(xié)同，達到多道程序共享ScratchPad Memory的目的。通過對程序的線程化，提高程序的并行性，同時，由于線程流水，存儲對象將會相對穩(wěn)定的駐留在ScratchPad Memory上，從而實現(xiàn)對程序運行加速的目標(biāo)。同時，本文也通過實驗對所提出的Scrat

6、chPad Memory方法進行了驗證和測試。這些優(yōu)化方法在研究中通過在嵌入式硬件平臺上和模擬平臺上的實驗得到了驗證。實驗結(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)運行時的能耗，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，設(shè)計了通過嵌入式操作系統(tǒng)、多道程序共享對嵌入式系統(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