基于DVS的节能编译技术研究

【摘要】： 近年来，随着半导体和芯片技术的快速发展，集成了越来越多的硬件、软件和应用程序的系统级芯片变得越来越重要。随之而来的，是可移动嵌入式设备，如手机(Cell-Phone)，个人掌上电脑(PDA)等设备的性能大幅度地提升，带来对电池的需求不断呈上升趋势。电池的容量与使用时间已经是制约便携嵌入式设备发展的一个重要问题。使用合理的硬件和软件的办法，降低应用程序和系统的功耗，成为嵌入式系统设计的一个重要课题。 当前的节能的方面的研究，在操作系统调度方面取得了很多的成果。通过操作系统调度和硬件结合的办法，通常是对历史记录进行判断，准确度成为一个问题。本文认为通过编译器和硬件技术相结合，可以获得更准确的调度信息。 本文结合硬件上的动态电压缩放技术(Dynamic Voltage Scaling，DVS)和编译技术，提出了基于DVS的节能编译框架，利用编译器对代码的了解和修改能力，采用时间与功耗判断的算法，为不同的代码段设定不同的电压，从而达到节能的目的。本框架分为静态编译和动态编译两种，通过静态节能编译框架验证编译器和DVS技术结合的有效，通过动态节能编译框架，考虑到系统运行过程中多程序并行的实际情况，以及系统的电压限制和性能要求，让节能框架更加准确和实用。 通过在SimpleScalar软件模拟平台和Intel XScale硬件平台上分别了实现静态和动态节能编译软件。能耗测试结果表明，静态节能编译器在代码性能下降5％的可允许范围以内，能够获得最高37％的功耗节省；动态节能编译器在实验平台上上可得到最高28％平均23％的功耗节省。 本文提出的基于DVS的节能编译框架，经验证确实可以达到平均23％的节能效果，并保持性能不下降。 【关键词】：DVS 节能 编译
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP314
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题背景9
• 1.2 研究的意义9-10
• 1.3 本文工作10-11
• 1.4 论文结构11
• 1.5 本章小结11-13
• 第2章 嵌入式系统上的节能研究综述13-24
• 2.1 嵌入式系统节能研究13-14
• 2.1.1 节能算法分类13
• 2.1.2 处理器节能和外设的节能13-14
• 2.2 DVS技术14-17
• 2.2.1 DVS技术简介14-16
• 2.2.2 Xscale上的DVS应用举例16-17
• 2.2.3 DVS技术和软件的结合应用17
• 2.3 编译节能技术17-21
• 2.3.1 静态编译节能技术介绍17-20
• 2.3.2 动态编译节能技术介绍20-21
• 2.4 能耗测试方法研究21-22
• 2.5 研究难点22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第3章 基于DVS的节能编译框架24-35
• 3.1 节能编译框架的总体设计24-28
• 3.1.1 传统编译器24-25
• 3.1.2 编译器和DVS的结合点25-28
• 3.1.3 总体框架28
• 3.2 静态节能编译设计28-30
• 3.3 动态节能编译设计30-34
• 3.3.1 动态编译设计和节能的结合点31-32
• 3.3.2 设计要点32
• 3.3.3 框架和模块简述32-33
• 3.3.4 流程33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 节能编译框架和算法实现35-47
• 4.1 静态节能编译算法35-38
• 4.1.1 代码段选择模块35-36
• 4.1.2 代码段处理模块36-37
• 4.1.3 代码段优化模块37-38
• 4.2 基于DVS的动态节能编译38-43
• 4.2.1 首遍编译模块39-40
• 4.2.2 DVS判断算法40-42
• 4.2.3 代码段选择和电压决定模块42
• 4.2.4 二次编译和代码优化模块42-43
• 4.3 嵌入式系统能耗测试方法43-46
• 4.3.1 软件能耗测试方法43-46
• 4.4 硬件平台上的能耗测试方法46
• 4.5 本章小结46-47
• 第5章 算法实验和实验结果讨论47-56
• 5.1 静态节能编译框架的实现和实验结果讨论47-52
• 5.1.1 实验步骤47
• 5.1.2 实验平台设置47-48
• 5.1.3 编译器的改造48-49
• 5.1.4 能耗测试模块的实现和设置49-51
• 5.1.5 实验结果讨论51-52
• 5.2 动态节能编译框架的实现和结果讨论52-55
• 5.2.1 实现动态编译的算法和模块52-53
• 5.2.2 为PXA 270添加能耗测试模块和时间控制模块53
• 5.2.3 将PIN部署到XScale PXA270上53
• 5.2.4 实验结果讨论53-55
• 5.3 本章小结55-56
• 第6章 总结和展望56-58
• 6.1 总结56-57
• 6.2 展望57-58
• 参考文献58-63
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果63-64
• 致谢64

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