片上多处理器芯片上的SPX性能优化研究

摘要

嵌入式系统三十多年来得到了广泛的应用,芯片集成度越来越高,片上多处理器芯片(MPSoC)技术取得较快的发展,一方面,嵌入式处理器能够提供日益强大的处理能力,另一方面存储技术发展缓慢,存储子系统已经成为影响系统性能的瓶颈。通过采用适当的任务调度算法提高程序的并行度以及利用高速的片上存储器提升系统的性能都是目前研究的重点之一。片上存储器用作便签式存储器SPM(Scratch Pad Memory)相比缓存(Cache)具有低能耗、更好的实时性保证和占用更少的片上面积等优点[1,2],现在很多MPSoc上已经集成了SPM。目前对SPM的研究主要分为静态和动态两种管理策略;静态的管理策略选取需要存入SPM中的数据或程序子集后,在程序的执行阶段,SPM中的内容不再发生变化;而动态的策略在程序的运行过程中不断调整SPM中的内容来充分的提高系统的性能和降低能耗;然而目前这些研究几乎都只针对单处理器架构,多处理器上的SPM研究相对较少,其任务并行的特点使得SPM的管理变得异常困难。面向MPSoC架构,本文提出了一种动静态结合的SPM管理策略。首先采用集成的任务调度、SPM划分和数据分配策略进行SPM在各个处理器间的弹性地划分和全局变量的分配,因为局部变量只会由相应的处理器独自访问,所以采用局部动态的思想,在各个处理器上依据贪心算法考虑将合适的局部变量分配到空余的SPM中,或者直接替换全局变量,这样,通过充分的提高SPM的利用率来减少访问外存的次数,提升系统的性能。采用基准测试用例Mibench,实验数据表明,该动静态结合的分配策略能够有效的减少程序的运行时间。本研究针对MPSoC架构,通过基于SPM的优化,提升了嵌入式系统的性能,将推动SPM在嵌入式系统中的进一步发展和研究。

目录

摘要

ABSTRACT(英文摘要)

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究现状

1.3 研究内容

1.4 论文结构

1.5 本章小结

第二章 嵌入式系统与SPM研究综述

2.1 嵌入式系统概念

2.2 系统级芯片

2.3 存储子系统

2.4 SPM相关研究

2.4.1 Cache和SPM的对比研究

2.4.2 SPM研究现状

2.5 研究难点

2.6 本章小结

第三章 多处理器系统中的并行技术

3.1 并行计算技术介绍

3.1.1 并行算法的设计技术

3.1.2 并行算法的设计过程

3.1.3 任务调度算法研究现状

3.2 基于MPSoC的任务调度算法

3.2.1 体系结构模型

3.2.2 任务图

3.2.3 流水线调度

3.2.4 集成的任务调度模型

3.2.5 流水线调度模型

3.3 本章小结

第四章 动静态结合的SPM管理分配策略

4.1 静态的SPM管理策略基本思想

4.1.1 SPM划分和数据分配

4.2 动态的SPM管理分配策略

4.2.1 关键处理器

4.2.2 移出空间

4.2.3 扩展的数据程序关系图(EDPRG)

4.2.4 贪心算法

4.3 本章小结

第五章 实验结果与分析

5.1 实验内容

5.2 实验方案

5.3 结果分析

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文