針對指令的可重構片上統(tǒng)一存儲架構研究.pdf

1、隨著集成電路設計水平的提高和CMOS工藝技術的發(fā)展,片上系統(tǒng)(Syst em on Chip,SoC)的集成度和工作主頻不斷提升,處理器與主存速度差異也不斷增大。存儲架構已經(jīng)成為SoC系統(tǒng)性能、功耗和成本的瓶頸。多級存儲層次(Memory Hierarchy)利用程序的局部性特征,通過減少對較低存儲層次的訪問緩解了存儲墻(Memory Wall)問題。但傳統(tǒng)的靜態(tài)片上存儲層次難以同時滿足嵌入式系統(tǒng)對芯片性能和功耗的要求。因此,本文探索一

2、種動態(tài)可重構的片上存儲層次,通過恰當?shù)馁Y源分配策略最大限度的利用片上存儲器資源,在不損失系統(tǒng)性能的前提下達到降低系統(tǒng)功耗的目的。
　　 本文研究一種新型的針對指令的可重構片上統(tǒng)一存儲器(Reconfigurable on-chip unified Memory,RcfgMem),能通過配置信息實現(xiàn)RcfgMem中Cache和SPM的相互轉換,并實現(xiàn)了一套基于Cache相變行為圖的動態(tài)配置管理算法。通過分析Cache利用率及指令段

3、在Cache中的行為,將Cache中利用率不高的Bank配置為SPM,并將訪問量較大的程序熱點以及容易引起Cache沖突的指令段通過內存管理單元映射到重構后的SPM中；當程序對Cache關聯(lián)度要求較高時,將SPM重構為Cache以保證Cache的命中率。為了滿足程序執(zhí)行不同階段對片上存儲資源的需求,本文對程序的執(zhí)行特征進行研究并采用了一種基于程序跳轉塊的程序階段動態(tài)監(jiān)測與預測技術。通過對程序階段的預測實現(xiàn)RcfgMem配置信息的快速上下

4、文切換,縮短了重構時間。
　　 依據(jù)上述設計,本文對多個基準測試程序進行優(yōu)化,并進行了分析和對比。實驗結果表明,采用本文提出的優(yōu)化策略,使用4K Bytes的RcfgMem對程序指令段進行優(yōu)化,相比4K Bytes四路組關聯(lián)的Cache,在保證系統(tǒng)性能的前提下,系統(tǒng)能耗平均降低15.98％,最高降低34.03％。相比于8KBytes四路組關聯(lián)與16K Bytes四路組關聯(lián)的Cache,能耗分別平均降低12.49％和10.98％。