低功耗多线程编译优化技术

提出了在多线程体系结构中通过降低执行频率有效减小功耗的理论模型和方法.首先研究识别可降频运行的线程的计算模型和降频因子的计算,然后给出在编译过程中基于对应用程序行为的分析,结合线程划分的低功耗编译优化算法和实现策略.该模型和方法可用于具有执行频率可动态调整的多处理器类多线程体系结构,既可开发TLP(thread level parallelism),又可有效减小功率消耗.

编译指导的多线程低功耗技术研究

多线程和低功耗将是研究下一代微处理器结构所要解决和实现的重点目标之一 .提出了一个在 SMT体系结构中通过动态调整 CPU执行频率降低功耗的计算模型 ,进一步分析和讨论了如何在编译时识别具有可使处理部件降低频率执行的期望区间 ,并给出了调整频率和能量分析的计算模型以及编译实现策略 ,目的是在不降低或不明显降低程序执行性能的情况下 ,显著降低处理器的功率 /能量消耗 .理论上该模型也可以用于

低功耗SMT体系结构研究

由于应用程序中ILP和TLP的不足或不均衡性,使得超标量和多处理的性能和资源用率受到了挑战;而同时多线程（SMT）处理器则是一种能够充分利用资源、动态进行TLP到ILP转换的能量有效结构。文章围绕高性能、低功耗这两个目标讨论和探究了SMT体系结构的基本思想、设计技术、低功耗考虑以及编译器和操作系统设计应注意和对待的新问题。

面向低功耗优化设计的系统级功耗模型研究

随着嵌入式系统应用的普及 ,低功耗设计成为系统设计中的关键问题之一 .本文提出了一个两层构架的系统级功耗模型 ,包括微体系结构层模型和体系结构层模型 .微体系结构模型支持系统级硬件结构设计优化 ,体系结构模型则针对编译器的软件设计优化 .微结构模型以部件的结构信息特征为依据 ,指令级模型以微结构模型为基础 .试验证明 。

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。

面向总线的低功耗优化方法探究

随着社会信息化水平的不断提高,信息产业的快速发展,由此带来了能源的消耗也越来越高。特别是芯片集成度越来越高,系统应用越来越复杂,这就使得功耗问题成为嵌入式系统必须面对的一个关键问题。单纯的硬件功耗优化已经不能满足要求,基于软件的功耗优化取得了很好的成效。在编译阶段,通过减少总线的翻转次数来降低系统的功耗。针对指令地址总线,结合遗传算法进行函数段的分配,结合相关的编码策略,减少总线翻转,从而降低其功耗。针对数据总线,使用蚁群算法进行指令调度,用0-1翻转编码,有效减少了其总线翻转,降低了功耗。这种基于数据总线和地址总线的优化算法,能够在特定的实验平台下通过实验验证,算法对于总线功耗的优化效率大约为25%左右。

有效的低功耗编译优化方法:部件使用局部化

使用软件技术优化系统能量正得到更多的关注.利用系统的动态电压缩放和功能部件关闭的功能为减少冗余能量消耗提供了优化的新途径,而编译指导的动态电压缩放(dynamic voltage scaling,简称DVS)和功能部件关闭(turning off unused system units,简称TOSU)是软件优化方法之一.DVS或TOSU涉及到很多技术细节.抽象出可以用于编译研究的分析模型,根据对模型的研究,提出了部件使用局部化的概念.部件使用局部化在存在DVS和TOSU的技术支持下,是有效的低功耗编译优化方法.

IXP 2400网络处理器低功耗技术应用研究

文章从软件低功耗优化角度,结合IXP2400网络处理器中XScalecore处理器体系结构的低功耗技术特点,在SimWattch模拟平台上,就频率动态调整和程序设计语言不同结构成分对应用程序运行功耗的影响进行了模拟和分析,通过对一组Banchmark程序的模拟,结果表明在编译系统、操作系统或应用程序设计中采用这些低功耗优化技术设计可降低至少23%以上的运行功耗。

编译低功耗优化技术的研究

低功耗技术越来越受到下一代微处理器系统和编译研究工作者的重视。一向认为是硬件研究内容的低功耗技术,事实上,在微处理器发展的今天,又展现出了一种新的潜在的开发空间和研究内容,那就是通过软件技术降低系统的功耗。这一部分潜力空间是仅通过硬件技术无法涉足的,只有通过软件方法来解决,但这种软件低功耗技术又很难强加给应用程序编写者。文章结合笔者在编译时低功耗优化技术的研究工作,对目前该方向的研究方法、编译策略和实现技术进行了论述和探讨。

一种面向嵌入式系统总线的低功耗优化方法

为了解决嵌入式系统设备总线的功耗问题,从软件方面的功耗优化入手,提出一种面向嵌入式系统总线的低功耗优化方法,即在编译阶段,分别对指令地址总线和数据总线进行优化,以减少总线的翻转次数,降低其功耗。具体方法为:针对指令地址总线,采用改进后的遗传算法进行函数段调用优化,然后结合T0编码,减少总线翻转次数,从而降低其功耗。针对指令数据总线,采用粒子群算法进行指令调度优化,然后结合0-1翻转编码,减少总线翻转次数,从而降低其功耗。为了验证上述方法的正确性和有效性,以HR6P系列微处理器为平台展开实验,实验结果表明,总线功耗的优化效率达到25%左右。该方法明显减少了总线的翻转次数,提高了系统的整体性能。

降低嵌入式系统功耗设计方法的研究

在嵌入式系统的设计中,如何有效地降低系统的功耗,是设计师必须面对的问题,本文主要从处理器工作方式、电压变化结构及编译优化等方面入手,就如何降低嵌入式系统功耗的问题进行了分析论证.

面向总线翻转编码的低能耗指令调度方法

能耗是设计嵌入式系统不可忽视的一个重要方面.针对嵌入式设备主要能耗来源之一的总线能耗,提出了一种基于总线翻转编码的低功耗指令调度方法.该方法以程序执行频度的profile信息为指导,利用数据随机性增强算法调度指令,获得适应总线翻转编码的指令序列,既减少总线翻转次数,又获得较为平衡的总线使用率,最终达到节约能耗的目的.以MiBench测试用例集为基准进行的对比实验可以看出,该方法能够有效地减少总线翻转次数.相对于未编码优化的arm-linux-gcc的指令序列,平均优化率可达到26%左右.相对于VSI+BI方法,平均优化率也能达到10%以上.

用于低功耗编译的SPM部件功耗模型研究

为了获得SPM(Scratch-Pad Memory)部件最佳的使用效果,需要合适的SPM性能和功耗模型来指导编译优化过程。现有的功耗模型只提供SPM部件的平均访问功耗,没有反映电路实际功耗随电路不同输入而改变的特征,限制了更进一步的优化。该文提出依照电路结构生成SPM部件的基本功耗模型,并使用程序运行时信息生成模型中的参数因子,用来反映不同应用程序运行时电路的实际活跃度。实验结果表明,该功耗模型测量的能耗值在总体上与现有基于统计方法生成的功耗模型结果相一致,同时能反映不同应用程序访问SPM部件时的功耗差异,对编译器优化SPM部件的访问方式具有重要的指导意义。

体系结构级功耗分析方法

功耗问题已经成为集成电路设计,尤其是嵌入式系统和电池供电设备开发中所要关注的重要问题。电路设计较低层次的功耗分析方法能提供比较好的准确性,但它们的功耗模型相对复杂,功耗分析的时间开销和内存开销都很大。本文所讨论的体系结构级功耗分析方法就克服了这些缺点,通过对可配置的功能单元分别进行功耗建模,基于准确的性能模拟来达到功耗模拟的目的,它可以广泛应用于体系结构、指令集、编译器以至软件的低功耗优化中,文章最后借助于通用CPU的系统级功耗模拟工具Wattch,研究了指令及数据缓存在配置方方法的功耗行为,实验证明,体系结构级的功耗分析为低功耗系统设计提供了更有价值的指导。

一种基于可重定向编译器的功耗优化框架

当今,低功耗设计成为系统设计中的关键问题之一,而编译中的低功耗优化也成为系统设计中的一个重要环节。文章针对传统功耗优化缺乏通用性的缺点,提出一个基于可重定向编译器的功耗优化框架。该框架通过对编译生成的二进制目标码进行横向再调度来降低指令总线上的高低电位切换次数,从而达到降低系统功耗的目的,并且,基于xpADL的支持,为该框架提供不同的体系结构描述,可以生成针对不同体系结构的功耗优化代码。以IA-64体系结构为例,在其仿真器Ski上作了大量实验,实验表明,对于静态代码,该框架的优化可达25%左右,对于动态代码,该框架可以达到30%以上的优化。因此,该框架的优化是行之有效的,并且具有相当的可扩展性。

可重配置处理器的体系结构级功耗模型与分析

按照可重配置处理器的体系结构建立并实现功耗模型;模型对处理器的电路级特性进行抽象,基于体系结构级属性和工艺参数进行静态峰值功耗估算,基于性能模拟器进行动态功耗统计,并实现三种条件时钟下的门控技术;可重配置处理器与超标量通用微处理器相比,在性能方面获得的平均加速比为3.59,而在功耗方面的平均增长率仅为1.48;通过实验还说明采用简单的CC1门控技术能有效地降低可重配置系统的功耗和硬件复杂度;该模型为可重配置处理器低功耗设计和编译器级低功耗优化研究奠定了基础。

改进的指令总线功耗优化策略

针对编译器系统设计和编译中的低功耗优化,基于可重定向编译器,实现在编译器后端对VLIW指令总线进行功耗优化的策略.通过对编译生成的二进制目标码进行横向再调度来减少指令总线上的高低电位切换次数,达到降低系统功耗的目的.对编译后端的软件流水和超块调度两种性能优化策略进行对比实验,表明其优化效果在30%以上,并且代码的指令级并行性(Instruction Level Parallelism,ILP)与优化效果存在明显的相关性.最后,通过ILP对该策略提出改进,以指令级并行信息指导功耗优化,在功耗优化效果损失不大的前提下,可节省多达20%的算法开销.

二维SIMD结构的低功耗调度

针对二维SIMD结构,提出一种可以动态关闭空转部件且结合编译器、指令集和体系结构支持的低功耗调度算法,其中包括编译器优化二维SIMD指令,功耗指令发出部件开关信号,系统接收信号并执行。采用对不同功能单元分别调度的方式和部件局部化的方法。在模拟器上的实验结果表明该方法可以节省整个系统约15%的能量消耗。

智能电动汽车永远在线系统分析与研究

移动出行的概念正在重塑车辆的功能定义,使得车辆和城市生活联系越来越紧密,应运而生的智能网联技术,不仅在驾驶模式下提供给用户更多的信息,而且在非驾驶模式下也拓展了功能场景。因此在非驾驶模式下功能创新非常活跃,比如远程实时视频查看、远程数据访问、整车哨兵模式等,这给电子电气架构和整车电源管理带来了很大的冲击。本文首先介绍永远在线系统组成及原理,然后分析当前系统存在的问题,其次提出新型的永远在线系统架构模型,并且介绍模型中每个组件的角色和相互联系,最后提出改进网络架构、最小系统、系统快速启动的方案和实践指导。