一种多核嵌入式高速缓冲存储器可配置节能调度的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于嵌入式系统技术领域，尤其涉及一种多核嵌入式高速缓冲存储器可配置节能调度的方法。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展、科技的进步，嵌人式系统以其特有的优越性能越来越广泛地被应用于生活中的各个领城。从高端特定应用领域如网络计算、通信电子、航空电子产品，到低端的一些手持设备如MP5、电子书等，无一例外地消费者都希望处理速度越来越快、工作效率越来越高、以及更强劲的电源供应能力。这些现象的堆积也使嵌入式系统方面的从业人员认识到，单独的增加嵌入式系统处理器的频率并不能成倍的增加嵌入式系统的整体性能，特别地像并行运算、预测执行和管道技术等并不能随着频率的提高而发生相应的性能的提高，以及跟上日益增长的对嵌入式系统数据图像处理、音视频处理等的要求。对单核嵌入式系统来说每增加频率50%需要付出能量消耗两倍的代价，而对双核的嵌入式系统只增加30%的能量消耗，而对嵌入式系统来说能量的消耗起到至关重要的地位。
[0003]高速缓冲存储器(Cache)内存作为高端嵌入式系统一个集成的组件，高速缓冲存储器(Cache)的引入也为嵌入式系统性能的提高和减小能量消耗提供难以预计的新的课题。当前嵌入式系统处理器的设计方法依靠给高速缓冲存储器(Cache)提供足够大的芯片空间，来保证芯片大小、芯片性能和芯片低功耗的统一，如最近的基于特定应用的处理器平台(Tensilica的Xtensa平台)允许Cache可以自定义。在现行的低功耗的嵌入式处理器中，Cache的消耗基本上占到很大的一部分能量的消耗，文献[A160MHz，32b，0.5ff CMOS RISC microprocessor.Montanaro et al.JSSC，1996，31 (11):1703-1712.]表明高速缓冲存储器(Cache)能量的消耗占了处理器整个能量消耗的43%。所以对于一个在处理器中反复运行的应用程序或者一类高速缓冲存储器(Cache)可配置的嵌入式系统来说Cache的正确配置就无疑是一个很关键的因素，而要选择一个正确的高速缓冲存储器(Cache)配置，往往需要从多方面进行分析比较才能得到需要的结果。比如高速缓冲存储器(Cache)的命中率以及处理器能量消耗和程序执行时间等，文献[WFornaciari et.al.A DesignFrameworkto Effciently Explore Energy-Delay Tradeoffs.CODES,2001.pp260-265.X.Veraet.al..A Fast and Accurate Framework to Analyze and OptimizeCache Memory Behav1r.ACM T0PLAS，2004，26 (2): 263-300.]主要通过对高速缓冲存储器(Cache)参数设计空间采用启发式方法对高速缓冲存储器(Cache)命中率估算；文献[J.EdlerandM.D.Hill.Dinero IV Trace-Driven Uniprocessor Cache Simulator.]通过使用工具来精确的对单一高速缓冲存储器(Cache)配置进行估算。这些方法都从一定的角度对嵌入式系统的cache性能进行了研宄。在国内关于多核处理器高速缓冲存储器(Cache)研宄也比较深入，比如文献[多核系统中实时调度策略的设计与分析设计[D].邓庆绪.东北大学，2009.]就高速缓冲存储器(Cache)通信敏感的实时调度策略进行了深入的研宄，并实现了多核实时调度原型系统；文献[芯片级多线程处理器的操作系统调度研宄[J].邵立松，孔金珠，戴华东.计算机工程，2009，35 (15):277-279.]对多核处理器内部的负载均衡问题进行了理论上的探讨，并利用协同调度避免高速缓冲存储器(Cache)抖动问题；熊伟，殷建平，所光，赵志恒.多核处理器面向低功耗的共享高速缓冲存储器(Cache)划分方案.计算机工程与科学.2010，(32) 10:26-29.]研宄了面向低功耗的多核处理器共享高速缓冲存储器(Cache)的划分技术，通过在处理器中加入失效率监控器来动态地收集程序的失效率，然后使用面向低功耗的共享高速缓冲存储器(Cache)划分算法，计算性能损耗阈值范围内的共享高速缓冲存储器(Cache)划分策略。
[0004]现有的单核和双核嵌入式系统增加处理速度存在的能量消耗较大。
【发明内容】
[0005]本发明实施例的目的在于提供一种多核嵌入式高速缓冲存储器可配置节能调度的方法，旨在解决现有的单核和双核嵌入式系统增加处理速度存在的能量消耗较大的问题。
[0006]本发明实施例是这样实现的，一种多核嵌入式高速缓冲存储器可配置节能调度的方法，该多核嵌入式高速缓冲存储器可配置节能调度的方法包括对多核嵌入式系统cache高速缓冲存储器应用性能监控器参数进行设置、多核嵌入式系统高速缓冲存储器的优化配置研宄方法进行算法优化改进、通过对不同的高速缓冲存储器配置情况下性能指标的变化进行仿真、实现最合理优化的性能匹配；
[0007]所述的对多核嵌入式系统cache高速缓冲存储器应用性能监控器参数进行设置是指利用计算机编制程序对多核嵌入式系统cache高速缓冲存储器的应用性能监控器参数进行反复设置，得到最佳的优化参数；
[0008]所述的多核嵌入式系统高速缓冲存储器的优化配置研宄方法进行算法优化改进是指输入优化的监控器参数设置多核嵌入式系统高速缓冲存储器的优化配置研宄方法，利用计算机程序对研宄方法进行算法优化改进，得到最优的配置研宄方法；
[0009]所述的通过对不同的高速缓冲存储器配置情况下性能指标的变化进行仿真是指利用最优的配置研宄方法分别通过对不同的高速缓冲存储器配置情况下的指标的变化进行仿真实验，得到不同的实验数据，选择最佳的实验结果。
[0010]所述的实现最合理优化的性能匹配是指通过前面仿真实验结果，选定实验结果中能耗消耗尽可能小的配置进行实际项目的搭建，从而实现最合理优化的性能匹配。
[0011]进一步，所述的多核嵌入式系统高速缓冲存储器的优化配置研宄方法进行算法优化改进步骤包括基于性能和公平性为基准的cache死亡块预测、cache访问失效、cache预取、基于性能和公平性为基准共享cache划分、能耗仿真计算；
[0012]所述的基于性能和公平性为基准的cache死亡块预测是指首先通过对基于性能和公平性为基准的cache死亡块进行数据上的预测，为访问cache做好准备；
[0013]所述的cache访问失效是指在访问cache过程时，会出现cache访问失效的结果；
[0014]所述的cache预取是指在cache访问失效后，采取cache预取的措施；
[0015]所述的基于性能和公平性为基准共享cache划分是指cache预取后，通过基于性能和公平性为基准，共享cache的划分；
[0016]所述的能耗仿真计算是指利用对cache的划分，设置能耗仿真模型进行能耗仿真计算，得到最优的计算结果。
[0017]本发明提供的多核嵌入式高速缓冲存储器可配置节能调度的方法，通过采用相应的高速缓冲存储器(Cache)优化配置，实现了对硬件性能最大限度的应用；通过对不同的高速缓冲存储器(Cache)配置进行仿真，以及多核嵌入式系统仿真基准集进行比较研宄，寻找高速缓冲存储器(Cache)之间的相关性，进而从多核嵌入式系统在能量消耗和高速缓冲存储器(Cache)的单位面积利用率验证了所提出的研宄方法正确性和有效性，最终实现了多核嵌入式系统数据管理能力、功耗的整体性能上的提高。
【附图说明】
[0018]图1是本发明实施例提供的多核嵌入式高速缓冲存储器可配置节能调度的方法的流程图；
[0019]图2是本发明实施例提供的多核嵌入式高速缓冲存储器可配置节能调度的方法的多核嵌入式系统高速缓冲存储器的优化配置研宄方法进行算法优化改进步骤的流程图；
[0020]图3是本发明实施例提供的多核嵌入式高速缓冲存储器可配置节能调度的方法的多核嵌入式系统高速缓冲存储器的优化配置研宄方法进行算法优化改进中基于性能和公平性为基准共享cache划分步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0021]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，