1、在最新的嵌入式處理器中，片上存儲(chǔ)器的功耗（主要是片上Cache）達(dá)到總功耗的50％左右。有效的降低這部分的功耗，對(duì)整個(gè)處理器芯片的低功耗設(shè)計(jì)有著重大的意義。然而，Cache的改變對(duì)系統(tǒng)功耗的影響是復(fù)雜的，需要整體考慮改變Cache結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)的影響。 本文嘗試從體系結(jié)構(gòu)方面來進(jìn)行研究，以達(dá)到降低功耗的目的。 首先，本文分析了Cache的各個(gè)設(shè)計(jì)要素，針對(duì)低功耗的要求選取了兩個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)(容量、相聯(lián)度)作為可重構(gòu)Cac

2、he的重構(gòu)參數(shù)，并且確立了本文采用的可重構(gòu)Cache的基本結(jié)構(gòu)。隨后根據(jù)當(dāng)前的主流應(yīng)用為該Cache設(shè)定了一個(gè)具有代表性的工作參考系統(tǒng)。使用SimpleScalar工具進(jìn)行了仿真。 基于對(duì)國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的研究與分析，本文設(shè)定了三種重構(gòu)策略，其實(shí)現(xiàn)難易程度、靈活性與適用范圍各有不同，分別稱之為static、segment以及dynamic。Static重構(gòu)主要以應(yīng)用程序?yàn)閱挝?，設(shè)定合適的Cache結(jié)構(gòu)；Segment重構(gòu)則以程序運(yùn)

3、行的不同片段為單位，根據(jù)各個(gè)階段的特性設(shè)定合適的Cache結(jié)構(gòu)，適用于運(yùn)行程序類型較為集中的嵌入式系統(tǒng)；Dynamic重構(gòu)，則是通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)用程序的特性來自動(dòng)選擇進(jìn)行重構(gòu)的時(shí)機(jī)，適用于復(fù)雜的高端嵌入式處理器。 確立了可重構(gòu)Cache結(jié)構(gòu)與重構(gòu)策略后，對(duì)存儲(chǔ)體系進(jìn)行了系統(tǒng)的功耗分析。將功耗分為可重構(gòu)的Cache功耗、外存訪問功耗和CPU停頓功耗三部分。其中Cache功耗基于一個(gè)廣泛使用的Cache功耗分析工具CACTI分析。

4、 本文對(duì)三種重構(gòu)策略進(jìn)行了大量的性能評(píng)估與分析。為了準(zhǔn)確全面的進(jìn)行分析，在設(shè)定平均訪存功耗作為評(píng)估指標(biāo)之外，還設(shè)定了能量延遲積，以及重構(gòu)粒度的歸一化參數(shù)，作為系統(tǒng)性能評(píng)估指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，為了有效的完成數(shù)據(jù)抽取、計(jì)算與圖形化分析等計(jì)算與處理量極大的工作，搭建了一個(gè)基于Perl、Shell以及Matlab的數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，針對(duì)各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)化且高效的分析。 此外，在dynamic動(dòng)態(tài)重構(gòu)策略的研究中，本文設(shè)定了歸一化的評(píng)估方

5、法以便于分析粒度對(duì)于重構(gòu)效果的影響?；诖嗽u(píng)估方法，對(duì)重構(gòu)粒度進(jìn)行了大量分析，最終得到了針對(duì)本參考平臺(tái)的較優(yōu)化的粒度范圍(300萬到500萬條指令)。對(duì)于不同于本文的參考系統(tǒng)，亦可采用本文設(shè)定的評(píng)估方法與平臺(tái)方便的得出其優(yōu)化的重構(gòu)粒度范圍。 本文提出的可重構(gòu)Cache結(jié)構(gòu)和三種不同的重構(gòu)策略、性能評(píng)估方法與高效自動(dòng)化的分析環(huán)境，適用于多種應(yīng)用環(huán)境，可以作為嵌入式應(yīng)用程序低功耗開發(fā)平臺(tái)的基礎(chǔ)。例如，可以在此平臺(tái)上自動(dòng)分析用戶開發(fā)的