本發(fā)明屬于嵌入式系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種基于片上可編程存儲器的嵌入式系統(tǒng)優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
：嵌入式系統(tǒng)是根據(jù)應(yīng)用的需要，采用計算機(jī)技術(shù)，對軟硬件進(jìn)行裁剪，從而滿足定制要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。隨著嵌入式系統(tǒng)的不斷發(fā)展，性能、功耗與實時性已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的主要要求。在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計中，存儲層次的設(shè)計非常重要；存儲層次設(shè)計的優(yōu)劣對嵌入式系統(tǒng)的整體性能、能耗與實現(xiàn)成本有極大的影響。整個系統(tǒng)性能影響最大的不是處理器的執(zhí)行速度，而是存儲器的速度。在存儲器與處理器之間一直存在著的較大的速度差距，即是“存儲墻”(memorywall)問題。隨著處理器計算能力的不斷提高，雖然存儲器的訪問速度也在增加，但是這種差距不但沒有縮小，反而越來越大。處理器與存儲之間的速度差距成為影響系統(tǒng)性能進(jìn)一步提升的主要瓶頸。因此，嵌入式系統(tǒng)中，存儲子系統(tǒng)一直是提高系統(tǒng)性能的瓶頸。不僅如此，在嵌入式系統(tǒng)中，存儲子系統(tǒng)也是系統(tǒng)能耗的主要瓶頸。在嵌入式系統(tǒng)中，存儲子系統(tǒng)的能耗往往達(dá)到了整個系統(tǒng)能耗的50％-70％。soc技術(shù)的發(fā)展使得集縮小處理器與存儲之間的速度差距成為可能。片上不但可以集成存儲器，還提供了高性能的片內(nèi)總線，能夠有效的提高存儲器的速度，同時降低能耗。在soc上，存儲器將占據(jù)片上面積的50％以上。使用片上的存儲器能夠有效的減少系統(tǒng)能耗，提高整體性能。因此，很多嵌入式處理器上都集成了存儲器。在嵌入式系統(tǒng)，dram與sram是最常用的兩種存儲器。sram的速度是dram的10-100倍，但是價格也是dram的20倍以上。因此，在嵌入式系統(tǒng)中，dram通常用作容量大的存儲層次，同時，提供較小的sram來存儲最常用的數(shù)據(jù)以減少運行時間。具有sram的系統(tǒng)往往會比僅使用dram的系統(tǒng)性能高20％以上。由于sram的每年提高60％而dram的速度每年只能提高7％，這種性能差距將越來越大。在嵌入式系統(tǒng)的多級存儲層次中，片上可編程存儲器是集成在片上的sram，部分情況下也可以使用dram。片上可編程存儲器與cache不同，由軟件控制，程序員可以通過編程實現(xiàn)對片上可編程存儲器的控制，或者在編譯與運行時進(jìn)行優(yōu)化。通過片上可編程存儲器進(jìn)行優(yōu)化，其根本目標(biāo)是要將程序片段(包括代碼或者數(shù)據(jù))分配到片上可編程存儲器的地址空間。所有這些程序片段被稱為存儲對象(memoryojbect)。由于片上可編程存儲器的大小是有限的，能夠分配到片上可編程存儲器上的存儲對象的數(shù)量也是有限的。優(yōu)化方法需要根據(jù)片上可編程存儲器的大小，從程序的存儲對象中選擇最合適來完成片上可編程存儲器的分配。既有的分配方法中，通常關(guān)注存儲對象的使用頻率，根據(jù)存儲對象的使用頻率大小來作為分配的基本判斷依據(jù)。但是存儲對象的使用方式除了使用頻率相關(guān)，也與存儲對象的使用時間等時間因素具有相關(guān)性。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種基于片上可編程存儲器的嵌入式系統(tǒng)優(yōu)化方法，本發(fā)明從存儲對象的使用頻率、使用時間等為參數(shù)計算存儲對象的調(diào)度優(yōu)先權(quán)，再構(gòu)建存儲對象的調(diào)度序列，并完成片上可編程存儲器的優(yōu)化分配。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于片上可編程存儲器的嵌入式系統(tǒng)優(yōu)化方法，包括以下步驟：步驟1：對存儲對象的運行時間進(jìn)行分析和標(biāo)記；每個存儲對象是程序的一個片段，這個片段或是代碼、或是數(shù)據(jù)、或是代碼和數(shù)據(jù)的混合體；對于一個程序p，經(jīng)過編譯后生成的所有存儲對象集合為mo(p)＝(mo0,mo1,mo2,…,mon-1)，共有n個存儲對象；對于mo(p)中的存儲對象moi來說，存儲對象moi的使用頻率記為f(moi)，表示存儲對象moi在程序p運行期間的使用次數(shù)；存儲對象moi每次被使用的起始時刻記為tj(moi)，表示程序p第j次使用存儲對象moi的起始時刻；步驟2：計算存儲對象的調(diào)度優(yōu)先權(quán)；步驟3：生成存儲對象在片上可編程存儲器的調(diào)度序列；步驟4：片上可編程存儲空間的分配。本發(fā)明與
背景技術(shù)：
相比，具有的有益的效果是：本發(fā)明是一種基于片上可編程存儲器的嵌入式系統(tǒng)優(yōu)化方法，其主要功能是對程序中的存儲對象的運行時間進(jìn)行分析和標(biāo)記，再以存儲對象的使用頻率和使用時間等為參數(shù)計算出存儲對象的調(diào)度優(yōu)先權(quán)，然后基于存儲對象的調(diào)度優(yōu)先權(quán)生成存儲對象的調(diào)度序列，最后進(jìn)行片上可編程存儲空間的優(yōu)化分配。(1)高效性。本方法實現(xiàn)基于存儲對象的使用頻率、使用時間等多種參數(shù)的綜合優(yōu)化設(shè)計，構(gòu)建了存儲對象的調(diào)度序列，提高了片上可編程存儲器的利用效率，提升了嵌入式系統(tǒng)的性能；(2)功耗低。本方法實現(xiàn)了片上可編程存儲器的高效利用，有效的提升了存儲對象的分配效率，降低了嵌入式系統(tǒng)功耗。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例的流程圖。具體實施方式為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。請見圖1，本發(fā)明提供的一種基于片上可編程存儲器的嵌入式系統(tǒng)優(yōu)化方法，包括以下步驟：第一步、對存儲對象的運行時間進(jìn)行分析和標(biāo)記；程序在進(jìn)行編譯時生成存儲對象，存儲對象是程序運行時可以調(diào)入片上可編程存儲器的內(nèi)存對象。每個存儲對象是程序的一個片段，這個片段可以是代碼，可以是數(shù)據(jù)，也可以是代碼和數(shù)據(jù)的混合體。對于一個程序p，經(jīng)過編譯后生成的所有存儲對象集合為mo(p)＝(mo0,mo1,mo2,…,mon-1)，共有n個存儲對象。對于mo(p)中的存儲對象moi來說，存儲對象moi的使用頻率記為f(moi)，表示存儲對象moi在程序p運行期間的使用次數(shù)；存儲對象moi每次被使用的起始時刻記為tj(moi)，表示程序p第j次使用存儲對象moi的起始時刻。對于程序pro，編譯后生成的存儲對象有5個，所有存儲對象集合為mo(pro)＝(mo0,mo1,mo2,…,mo4)。對于mo(pro)中的存儲對象如下表1所示：表1表1中用(a,b)的形式來表示某個存儲對象每次被程序pro使用的起始時刻，其中a表示程序pro第幾次使用該存儲對象，b表示該存儲對象被程序p使用的起始時刻。例如，對于存儲對象mo0來說，(2,4)表示存儲對象mo0第2次被程序pro使用時的起始時刻是4；對于存儲對象mo4來說，(2,5)表示存儲對象mo4第2次被程序pro使用時的起始時刻是5。第二步、計算存儲對象的調(diào)度優(yōu)先權(quán)；對于mo(p)中的存儲對象moi，存儲對象moi一共被程序p使用了m次，m大于等于2，計算存儲對象moi的調(diào)度優(yōu)先權(quán)。存儲對象moi的調(diào)度優(yōu)先權(quán)計算方法為：在上述公式中，pri(moi)表示存儲對象moi的調(diào)度優(yōu)先權(quán)。pri(moi)的值越大，表示存儲對象moi的調(diào)度優(yōu)先權(quán)越高。對于程序pro中各個存儲對象的調(diào)度優(yōu)先權(quán)如下表2所示：表2存儲對象調(diào)度優(yōu)先權(quán)mo00.600mo10.067mo20.036mo30.111mo40.208第三步、生成存儲對象在片上可編程存儲器的調(diào)度序列；根據(jù)第二步中計算出的存儲對象的調(diào)度優(yōu)先權(quán)，對mo(p)中所有存儲對象按照存儲對象的調(diào)度優(yōu)先權(quán)，進(jìn)行降序排列，形成存儲對象集合a(p)。存儲對象集合a(p)中的所有存儲對象按照存儲對象的調(diào)度優(yōu)先權(quán)的降序排列，即：a(p)＝(mo′0,mo′1,mo′2,…,mo′n-1)存儲對象集合a(p)中由所有存儲對象按照存儲對象的調(diào)度優(yōu)先權(quán)進(jìn)行降序排列所形成的序列記為q(p)，q(p)即為存儲對象在片上可編程存儲器的調(diào)度序列。根據(jù)表2，程序pro的存儲對象按照存儲對象的調(diào)度優(yōu)先權(quán)進(jìn)行降序排列，所形成的存儲對象集合a(pro)＝(mo0,mo4,mo3,mo1,mo2),q(pro)＝{mo0,mo4,mo3,mo1,mo2}。第四步、片上可編程存儲空間的分配；對于可容納r個存儲對象的片上可編程存儲器s，片上可編程存儲器s所具有的片上可編程存儲空間也為r。片上可編程存儲器s所具有的片上可編程存儲空間單元編號為s0到sr-1。程序p的存儲對象集合a(p)在運行時，為存儲對象集合a(p)中的存儲對象分配片上可編程存儲空間：如果r大于等于n，表明片上可編程存儲器s所具有的片上可編程存儲空間可以容納存儲對象集合a(p)中所有的存儲對象。因此，如果r大于等于n，將存儲對象集合a(p)中所有的存儲對象全部存儲到片上可編程存儲空間中。片上可編程存儲空間的分配完成。如果r小于n，表明片上可編程存儲器s所具有的片上可編程存儲空間不能容納存儲對象集合a(p)中所有的存儲對象。因此，如果r小于n，片上可編程存儲空間的分配方式為：a)將q(p)中前r個存儲對象存儲到片上可編程存儲空間中；b)在程序p執(zhí)行完成之前的某一時刻t，有1個存儲對象mou已經(jīng)被程序p使用完成，不再需要存儲在片上可編程存儲空間單元sk中，此時從q(p)中的第r+1個存儲對象開始，選擇1個存儲對象，這個存儲對象滿足條件c1：具有從q(p)中的第r+1個存儲對象開始的n-r-1個存儲對象中最大的調(diào)度優(yōu)先權(quán)且最后一次被程序p使用的起始時刻大于t。如果找到滿足該條件的存儲對象mov，則將滿足該條件的存儲對象mov存儲到存儲對象mou所在的片上可編程存儲空間單元sk中。c)在程序p運行過程中，重復(fù)步驟b)，直到不存在滿足條件c1的存儲對象。片上可編程存儲空間的分配完成。對于可以容納5個存儲對象的片上可編程存儲器s，片上可編程存儲器s所具有的片上可編程存儲空間也為5。片上可編程存儲器s所具有的片上可編程存儲空間單元編號為s0到s4。程序pro的存儲對象集合a(pro)在運行時，為存儲對象集合a(pro)中的存儲對象分配片上可編程存儲空間。由于r＝n＝5，將mo0,mo4,mo3,mo1,mo2全部存儲到片上可編程存儲空間中，片上可編程存儲空間的分配完成。對于可以容納3個存儲對象的片上可編程存儲器s，片上可編程存儲器s所具有的片上可編程存儲空間也為3。片上可編程存儲器s所具有的片上可編程存儲空間單元編號為s0到s2。程序pro的存儲對象集合a(pro)在運行時，為存儲對象集合a(pro)中的存儲對象分配片上可編程存儲空間。由于r為3，n為5，r小于n，表明片上可編程存儲器s所具有的片上可編程存儲空間不能容納存儲對象集合a(pro)中所有的存儲對象。因此，片上可編程存儲空間的分配方式為：a)將q(pro)中前3個存儲對象mo0,mo4,mo3分別存儲到片上可編程存儲空間單元s0，s1和s2中；b)在程序pro執(zhí)行完成之前的某一時刻t＝7，有1個存儲對象mo0已經(jīng)被程序pro使用完成，不再需要存儲在片上可編程存儲空間單元s0中，此時從q(pro)中的第4個存儲對象開始，選擇1個存儲對象，這個存儲對象滿足條件c1：在mo1和mo2這兩個存儲對象中具有最大的調(diào)度優(yōu)先權(quán)且最后一次被程序pro使用的起始時刻大于7。根據(jù)表1和表2，存儲對象mo1的調(diào)度優(yōu)先權(quán)大于存儲對象mo2的調(diào)度優(yōu)先權(quán)，并且存儲對象mo1最后一次被程序pro使用的起始時刻為12，則找到滿足該條件的存儲對象為存儲對象mo1，將滿足該條件的存儲對象mo1存儲到存儲對象mo0所在的片上可編程存儲空間單元s0中。c)在程序pro執(zhí)行完成之前的某一時刻t＝12，有1個存儲對象mo1已經(jīng)被程序pro使用完成，不再需要存儲在片上可編程存儲空間單元s0中，此時從q(pro)中的第5個存儲對象開始，選擇1個存儲對象，這個存儲對象滿足條件c1：在mo2這個存儲對象中具有最大的調(diào)度優(yōu)先權(quán)且最后一次被程序pro使用的起始時刻大于12。根據(jù)表1和表2，此時只有存儲對象mo1未被存儲到片上可編程存儲空間，并且存儲對象mo2最后一次被程序pro使用的起始時刻為16，則找到滿足該條件的存儲對象為存儲對象mo2，將滿足該條件的存儲對象mo2存儲到存儲對象mo0所在的片上可編程存儲空間單元s0中。d)在程序pro執(zhí)行完成之前的某一時刻t＝14，有1個存儲對象mo4已經(jīng)被程序pro使用完成，不再需要存儲在片上可編程存儲空間單元s1中，此時存儲對象mo0，mo1，mo4都已經(jīng)被使用完畢，存儲對象mo2和mo3正存儲在片上可編程存儲空間單元s0和s2中，沒有需要分配到片上可編程存儲空間的存儲對象。片上可編程存儲空間的分配完成。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁12