利用虚存管理的思想实现基于SPM的动态能耗优化机制

当代高性能SoC通常引入对程序员透明的片上Cache作为对主存数据的缓冲。然而传统数据Cache受制于其容量与组关联度,因此常出现冲突的问题。本研究通过新引入的、与数据Cache共存的另一款片上存储器SPM来消除这部分冲突。我们提出了一种由MMU管理的、Cache与SPM共存的片上存储器架构。利用虚存管理的思想,将虚拟上连续、物理上离散的程序地址空间段通过的异构片上存储器进行缓冲,从而将容易引起数据Cache冲突的页,在程序执行的过程中重定位到SPM,最终得到了能耗和性能上的收益。

一种基于访问计数的SPM管理策略

传统便签存储器(SPM)管理方法依赖于编译器提供支持,不利于应用程序的移植和跨平台部署,且难以反映程序动态运行特征。为件,提出一种基于访问计数的SPM动态管理策略方法,通过在程序运行时对访存地址进行访问计数,预测程序核心工作集并指导SPM动态分配。实验结果表明,与单纯Cache系统相比,该方法在保持程序执行性能稳定的基础上,能耗降低了约32.5%.

基于调用链分析的低功耗编译优化

现有的许多研究提出用各种编译器导向的方法来静态或动态地管理SPM(Scratch-Pad Memory)内容,以取得对SPM部件的最佳利用,其关键问题是如何最大化地重复访问SPM中的内容。针对此问题,通过分析程序调用序列,构造低功耗编译优化,使无调用链关联函数的局部变量共享全局存储单元,以降低程序运行时对内存的需求,并提高相应存储单元的利用率。该优化编译可以与现有编译器导向的数据SPM管理策略相结合,提高现有方法的性能和功耗效果。

面向Linux内核的片上存储优化

便签存储器(SPM)作为主要的片上存储器之一,可以用来提升嵌入式Linux系统的性能,并降低其能耗。提出一种针对Linux内核的SPM管理及优化方案,实现了针对Linux内核热点代码段、数据段的SPM静态优化技术。利用虚存管理技术,建立以SPM页区为基础的动态SPM页框分配机制,并实现页框分配的通用接口函数。在优化热点小对象分配器(SLAB)的基础上,实现对Linux内核的动态优化。实验结果表明,该优化方案能明显降低能耗和提升性能,其内核代码段优化方案平均提升11%的系统性能。

嵌入式Linux的片上存储动态优化

为了充分利用片上高速便签存储器(scratch-pad memory,SPM),提升嵌入式Linux系统性能并降低功耗,该文提出一种面向嵌入式Linux用户进程的SPM动态优化方案.利用虚存管理技术在Linux内核的内存模型中添加SPM页区,建立以SPM页区为基础的动态SPM页框分配机制,并实现页框分配的通用接口函数.在实现对用户程序(包括代码段、栈和BSS段)优化的基础上,提出自主设计的自动采样交换器(auto profile and pageswap,APPS)优化方案.该方案能在内核态自动分析用户进程热点并通过专用DMA将其搬运到SPM中,最终实现多进程用户程序的动态SPM优化.实验结果表明,基于该优化方案的系统性能得到显著提升.

大容量软件管理片上存储器分配技术综述

在现代计算机体系结构中,对于大容量的片上存储器,越来越多地采用软件来管理,被认为是解决存储墙问题的一个有效途径。本文介绍了片上大容量软件管理存储器分配技术的研究进展,对有代表性的技术进行了概要的介绍和评述,并预测了技术的发展方向。

高性能LTE终端通信协议栈缓存机制

针对LTE终端通信协议栈的处理过程中Cache缓存方式效率差,提出一种可以提高处理速度降低延时的数据缓存方式。通过利用便签式存储器(Scratch-Pad Memory,SPM)和直接内存存取方式(Direct Memory Access,DMA)的性能优势,将协议栈处理的过程中需要与处理器频繁交互的数据缓存到SPM中,实现在SPM中完成数据的包头压缩/解压、加密/解密和重组等协议功能处理,并通过DMA方式实现SPM与主存之间的数据搬运,减少处理器对大块连续数据的搬运,提高处理效率。该方式避免了CPU在通过Cache缓存方式进行数据交互容易发生缓存不命中的问题,从而提高了协议栈的数据处理效率。经过理论分析及实验对比,结果表明,在LTE协议栈处理过程中,采用SPM与DMA结合的数据缓存机制,相比Cache缓存方式可以使整体性能至少提升12.65%。