基于变长指令编码的代码压缩技术的研究

摘要

随着嵌入式技术的发展，嵌入式系统将更广泛地应用于人类生活的方方面面。在内存容量不足的嵌入式系统领域，软件开发技术面临新的挑战，如何减小代码大小、提高代码的效率，成为当前一个活跃的研究领域，因此，代码压缩技术是未来嵌入式发展的关键技术之一。 本文先从嵌入式系统入手，分析了嵌入式系统及软件的应用特点，从而引出代码压缩问题。在对代码压缩和数据压缩比较和分析的基础上，得出了代码压缩的度量标准。接着分析了变长编码对代码压缩所带来的问题，包括代码可压缩的范围的减少和指令边界未知所导致的3个方面的问题。在此基础上我们提出了一种基于传统字典的压缩方案，利用了指令集结构中未使用的编码空间来对码字进行编码，并解决了由于变长指令字所导致的问题。本文对我们所设计的码字的编码方案、用于解压的流水线结构和分支跳转表（BAT）等具体设计细节都做了详尽地叙述。 为了验证设计方案的正确性，我们设计了针对CR16C流水线的周期精准的仿真器，并应用所设计的压缩方法对MiBench基准测试程序中4个程序和1个常用的开源应用软件gzip进行了压缩实验，并获得了85．1％的压缩比，为了进行对比，分别把BAT的大小限制为512、1024和2048个条目，并计算了在周期内搜寻BAT所需要的时间总开销，并对实验结果进行了分析和总结。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题研究背景

1.1.1嵌入式系统发展现状

1.1.2什么是嵌入式系统

1.1.3嵌入式软件的特点及发展趋势

1.2代码压缩

1.2.1基本概念

1.2.2代码压缩的特点

1.2.3压缩的度量标准

第2章代码压缩技术

2.1代码压缩的研究背景

2.2压缩技术研究现状

2.3扩展指令集技术

第3章基于变长指令编码的字典压缩方法

3.1 RISC和CISC

3.1等长指令字和变长指令字

3.2字典压缩

3.2.1字典压缩知识

3.2.2指令的重复特性研究

3.2.3程序中的指令重复性研究

3.3代码压缩对于变长指令集存在的挑战

3.3.1代码压缩范围的减少

3.3.2指令边界无法获知所带来的问题

3.4针对变长指令编码的压缩方案

3.4.1指令压缩问题的数学描述

3.4.2字典的设计和码字的编码

3.4.3用分支地址表(BAT)处理跳转

第4章解压缩的硬件设计与验证系统

4.1解压缩硬件设计

4.1.1解压缩的流水线结构设计

4.1.2字典存储结构的设计

4.2验证系统

4.2.1 PLI方式指令模拟器介绍

4.2.2系统仿真

第5章实验结果与总结展望

5.1实验结果

5.1.1压缩比率

5.1.2结果分析

5.2总结和展望

5.2.1研究总结

5.2.2工作展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢