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面向小容量指令缓存的软件优化技术

作　者: 陈辰
导　师: 罗小华; 黄凯
学　校: 浙江大学
专　业: 电气工程
关键词: 高速缓存 优化的缓存块着色算法 过程排序 缓存锁定 选择性不缓存
分类号: TP311.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


随着集成电路制造工艺的和计算机体系结构的不断进步,处理器与存储器之间速度的差距也越来越大,处理器读取指令的速度对处理器性能的发挥产生了极大的影响。因此如何提高处理器指令高速缓存的性能,从而提高处理器性能成为研究的焦点。尤其在低成本的嵌入式处理器中,为了降低成本,通常采用小容量的缓存,此时,指令缓存命中率对性能的影响尤为显著。本文针对小容量缓存缺失的特点,从软件优化的角度,提出了几种指令高速缓存的优化方法。针对原始高速缓存软件优化计算方法复杂、适用性差的特点,提出基于统计分析方法的指令高速缓存的软件优化技术,采用gcov和gprof工具对代码静态分析,能大量减低优化过程中的计算复杂度,针对PH算法、缓存块着色算法没有将缓存大小、程序大小、缓存块大小考虑在内,在子函数大小接近或大于缓存大小时,优化效果不佳的特点,提出了优化的缓存块着色算法,在进行着色排序之前,先判断子函数的大小,将过大的子函数进行拆分。本文提出了“缓存锁定选择排序”公式,用于评估判断选择代码段是否锁定或不缓存,大大简化了选择锁定内容时的计算。实验表明,缓存的软件优化技术能使程序执行时间平均减少8%,缓存命中率平均提高23%,有明显的优化效果。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
图目录  10-11
表目录  11-12
1 绪论  12-19
  1.1 课题背景  12-14
    1.1.1 高速缓存的意义  12-13
    1.1.2 高速缓存优化思路  13-14
  1.2 研究现状  14-16
  1.3 本文工作  16-17
    1.3.1 指令缓存优化技术的研究  16-17
    1.3.2 GCC编译器中gcov和gprof工具流程分析  17
    1.3.3 面向小容量缓存的优化技术实现  17
  1.4 论文结构  17-19
2 高速缓存原理概述  19-27
  2.1 高速缓存的原理  19-21
    2.1.1 缓存命中  20
    2.1.2 缓存缺失  20
    2.1.3 缓存替换  20-21
  2.2 高速缓存的组织形式  21-22
  2.3 高速缓存的性能  22-24
    2.3.1 高速缓存的性能指标  22
    2.3.2 高速缓存容量对性能的影响  22
    2.3.3 高速缓存块大小对性能的影响  22-23
    2.3.4 相连度对性能的影响  23
    2.3.5 写策略对缓存性能的影响  23-24
  2.4 高速缓存的常用优化方法介绍  24-26
    2.4.1 局部性原理  24-25
    2.4.2 指令预取  25-26
    2.4.3 关键词优先  26
    2.4.4 路预测  26
  2.5 本章小结  26-27
3 基于gcov和gprof的统计分析方法  27-38
  3.1 基于gcov的代码覆盖率与执行次数统计  27-33
    3.1.1 代码覆盖率基本概念  27-28
    3.1.2 gcov简介  28
    3.1.3 gcvo工作流程  28-30
    3.1.4 gcov工作原理  30-32
    3.1.5 gcvo优缺点分析  32-33
  3.2 基于gprof的代码调用信息统计  33-37
    3.2.1 gprof简介  33-34
    3.2.2 gprof工作原理  34
    3.2.3 gprof工作流程  34-36
    3.2.4 gprof优缺点分析  36-37
  3.3 本章小结  37-38
4 指令高速缓存优化技术  38-49
  4.1 针对小容量缓存优化的过程排序  38-44
    4.1.1 PH算法中的过程排序  38-39
    4.1.2 缓存块着色算法  39-42
    4.1.3 针对小容量缓存的优化  42-44
  4.2 基于gcov信息的地址段静态锁定  44-46
  4.3 基于gcov信息的代码段选择性不缓存  46-47
  4.4 本章小结  47-49
5 优化技术实现  49-59
  5.1 仿真平台  49-51
    5.1.1 CK803处理器  49-50
    5.1.2 缓存命中率统计工具  50-51
  5.2 仿真流程  51-52
  5.3 优化技术实现  52-55
  5.4 仿真结果分析  55-57
  5.5 本章小结  57-59
6 总结与展望  59-61
  6.1 本文总结  59-60
  6.2 未来工作展望  60-61
参考文献  61-65
作者简历及在学习期间取得的科研成果  65

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机软件 > 程序设计、软件工程 > 软件工程
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