低功耗嵌入式系统应用程序代码压缩方案设计

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1、低功耗嵌入式系统应用程序代码压缩方案设计Designofapplicationcodecompressionschemeforlowpowerembeddedsystems学科专业：信息与通信工程研究生：马文杰指导教师：张瑞峰副教授天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月摘要计算机应用和电源电池制造工艺的技术落差使得功耗成为嵌入式系统设备中日益突出的问题，目前普遍采用的DVS（DynamicVoltageScaling）和DPM（DynamicPowerManagement）技术是从调节电源电压和时钟频率的角度来降低嵌入

2、式系统功耗,付出代价是系统性能的损失。在分析嵌入式系统功耗的构成和影响因素后，论文提出一种从代码压缩的角度来降低嵌入式系统功耗的办法，并且不会损害系统的整体性能。通过分析大多数应用程序代码特性和指令统计信息，对特定指令进行合并和分割操作，运用范式Huffman算法对处理后的指令和原始指令进行编码生成索引查找表。最后，根据查找表中索引字和指令的对应关系完成目标代码的压缩。解压缩方案的设计采用指令预取后解压结构，根据查找表中指令与码字的对应关系进行解码，这样就不会引入过多额外功耗。论文还对分支指令和指令字节对齐的问题提出相应

3、解决办法。实验采用SimpleScalar模拟器进行，按照设计方案修改模拟程序使之可以对部分嵌入式标准测试程序进行压缩，分别得到平均57%和41%的压缩率和功耗减小率，统计数据表明提出的改进方法比未预处理压缩方案更能有效的节省存储空间、降低系统功耗。参照压缩方案和压缩结果设计出对应的解压缩模块，并在QuartusII平台下用VerilogHDL加以描述实现。实验结果表明，在查找表的帮助下解压缩模块可以在近似一个指令预取周期内完成指令解码，很好的验证了解压模块设计的合理性和可行性。关键词：嵌入式系统低功耗代码压缩范式Huf

4、fman算法ABSTRACTWiththetechnologyofcomputerapplicationandpowerbatterymanufacturingprocess,powerconsumptionhasbecomeanincreasinglyprominentprobleminembeddedsystem.DynamicVoltageScalingandDynamicPowerManagementwerewidelyusedtorealizethelowpowerconsumptionofembeddedsy

5、stemfromtheaspectofadjustingsuppliedpowervoltageandclockfrequencywhichwillreducethesystemperformancerecently.Afteranalyzingthecomponentsandinfluencingfactorsofthepowerconsumption,anothermethodofreducingthepowerconsumptioninembeddedsystemwasproposed,andwillnotaffe

6、cttheoverallsystemperformance.Wemergedandsegmentedthespecificinstructionsafteranalyzingthecodecharacteristicsandinstructionstatisticsofmostapplications.TheCanonicalHuffmanalgorithmwasusedtogeneratethelook-uptableindexforthemodifiedinstructionsandtheoriginalinstru

7、ctions.Finally,accordingtotherelationshipbetweentheindexandtheinstructioninthelook-uptable,thetargetcodewascompressed.Weappliedpost-cachestructureindecompressionscheme,thusthedecompressionprocesswillnotdissipatemuchpower.Theproblemofthebranchinstructionandinstruc

8、tionbytealignmentwerealsosolved.ExperimentswouldbeimplementedbySimpleScalarsimulator.Inaccordancewiththedesignscheme,wemodifiedthesimulationprogramtobeabletoco