基于抽象解释的嵌入式软件模块化Cache行为分析框架

程序最坏执行时间(Worst Case Execution Time,WCET)是嵌入式实时系统时间属性验证的基础,在采用静态分析技术的WCET估算中需要分阶段对不同的执行环境约束条件进行分析,并整合所有约束信息、结合程序控制流结构估算全局最坏路径,因此各阶段分析的中间结果对最终的WCET估算性能具有较大影响.在现代嵌入式系统中,硬件平台中的Cache机制成为对执行时间影响较大的硬件体系结构,对其进行精确的行为分析在WCET估算中具有重要的现实意义.采用抽象解释理论对Cache行为进行分析已有较为成熟的技术成果和相关工具,但由于静态分析技术具有较难理解和使用的特点,对于技术没有覆盖、工具没有支持的硬件架构,针对这类硬件架构进行相关研究和验证工具开发都具有较大难度和挑战.该文以抽象解释为理论基础,以复用Cache分析过程为目标,提出了基于抽象解释的模块化Cache行为分析框架,对Cache行为分析过程进行了层次划分,提出了易于复用的Cache行为分析方法设计,能够针对不同架构的Cache机制分析方法进行建模,并以统一的分析框架对分析过程进行复用.案例实验表明,该框架可支持采用抽象解释对使用LRU策略的Cache行为进行建模分析,并能够得到Cache命中情况标记信息以支持后续WCET的估算过程.

一个由编译器控制的Cache替换策略

由于Cache污染问题,传统的仅由硬件控制的Cache替换策略不能得到令人满意的Cache利用率。为解决该问题,EPIC引入了Cache提示以辅助控制Cache替换。文章提出了一个由编译器辅助控制的Cache替换策略:最优Cache划分(OCP)。OCP Cache替换策略简化了Cache行为和Cache失效分析方法。实验结果表明,OCP Cache替换策略能有效地降低Cache失效率。

一个软件可控Cache替换策略的行为分析

针对传统的仅由硬件控制的Cache替换策略不能得到令人满意Cache利用率的问题,提出了一个软件可控Cache替换策略:最优Cache划分(OCP),并利用Presburger公式给出了OCP策略下的Cache行为精确分析.OCP Cache替换策略简化了Cache行为和Cache失效分析方法.实验结果表明OCP Cache替换策略能有效地降低Cache失效率.