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基于ScratchPad Memory的实时性研究

作　者: 刘基军
导　师: 胡志刚
学　校: 中南大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 片上存储器冲突检测最坏情况执行时间时间密度实时性能
分类号: TP368.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 26次
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内容摘要

随着片上系统设计水平的不断提高,嵌入式设备具有体积小、功能越来越多的特点,特别是在实时系统中,要求能准确估算任务的执行时间,为此嵌入式系统需要进一步性能优化。为了提高系统性能,一个常用的方法就是使用Cache,但是Cache部件是由硬件自动管理,对Cache的访问存在命中与否的问题,这增加了任务执行时间的预见难度,无法精确计算任务最坏情况执行时间。为了提高实时性,一种可选择的方法是使用Scratch-Pad Memory (SPM), SPM具有体积小、功耗低、访问快速、有实时性保证及片内外统一编址等优势。本文重点研究了提高系统实时性能的SPM管理方法。针对目前搜索最坏情况执行路径效率不高的问题,提出了一种带冲突检测的基于路径的最坏情况执行路径搜索方法,该方法既避免了穷举所有执行路径带来的复杂度,也不需要在排除非可行执行路径之后重新回到控制流图(CFG图)源节点重新搜索执行路径,而采用在检测冲突的同时适当调整控制流图(CFG图)并更新当前路径,该方法提高了搜索速度。现有提高系统实时性能的SPM管理方法中,或者仅考虑了程序代码,或者仅考虑了数据,而且也没有考虑程序控制流图中节点间的关系,针对这一情况,提出了同时考虑程序代码和数据的基于时间密度的SPM静态管理方法,通过WCET分析求得程序的最坏情况执行路径,并据此将程序划分为全局变量、全局堆栈、指令块等节点,结合节点间的关系,将时间密度最大的节点置入SPM中。仿真实验结果表明,与不考虑节点间关系的算法相比,采用本文提出的基于时间密度的SPM静态管理策略,同一应用程序的实时性能可提高42%左右。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-16
  1.1 课题研究背景与意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
  1.3 论文的主要工作  14
  1.4 论文的组织结构  14-16
第二章实时系统WCET分析和SPM综述  16-31
  2.1 实时性WCET分析  16-21
    2.1.1 WCET分析基本概念  16-17
    2.1.2 WCET分析基本目标  17
    2.1.3 WCET分析方法  17-21
  2.2 SPM综述  21-30
    2.2.1 SPM与Cache的比较  21-23
    2.2.2 采用SPM的片上系统结构  23-24
    2.2.3 SPM的管理机制  24-26
    2.2.4 编译期SPM存储管理方法  26-30
  2.3 本章小结  30-31
第三章带冲突检测的最坏情况执行路径搜索方法  31-46
  3.1 分支约束与节点冲突形式  31-34
    3.1.1 分支约束的定义及分类  31-32
    3.1.2 将分支约束转换成冲突关系  32-34
  3.2 主要数据结构的简要说明  34-36
  3.3 节点间冲突关系的检测算法  36-39
    3.3.1 算法描述  36-37
    3.3.2 算法说明  37-39
  3.4 带冲突检测的基于路径的WCET计算方法  39-42
    3.4.1 算法说明  39-40
    3.4.2 算法描述  40-42
  3.5 示例程序  42-45
    3.5.1 程序代码和对应的控制流图  42-43
    3.5.2 示例工作过程说明  43-45
  3.6 本章小结  45-46
第四章基于时间密度的SPM静态管理方法  46-59
  4.1 研究背景  46-47
  4.2 整体研究框架分析  47-49
  4.3 对象访问频度计算  49-51
  4.4 基于时间密度的静态分配策略  51-56
    4.4.1 获取最坏情况执行路径  51
    4.4.2 建立扩展的控制流图  51-52
    4.4.3 建立时间估算模型  52-54
    4.4.4 分配策略描述  54-56
  4.5 仿真试验  56-58
  4.6 本章小结  58-59
第五章工作总结与展望  59-61
  5.1 工作总结  59-60
  5.2 研究展望  60-61
参考文献  61-67
致谢  67-68
攻读硕士学位期间发表的论文  68

基于ScratchPad Memory的实时性研究

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