嵌入式微处理器中的低功耗Cache技术研究-论文.pdf

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1、第41卷第7期计算机工程2015年7月Vo1．41NO．7ComputerEngineeringJuly2015·体系结构与软件技术·文章编号：1000-3428(2015)07-0075-07文献标识码：A中图分类号：TP302嵌入式微处理器中的低功耗Cache技术研究胡瑞，马鹏，章建雄(中国电子集团公司第三十二研究所，上海，200233)摘要：高速缓冲存储器(Cache)作为微处理器的重要组成部分，在芯片面积和功耗上都占比过高。针对Cache功耗问题，基于分段访问Cache技术和路预测Cache技术，提出一种低功耗组相联Cache的预访问策略。在Cache中增加一个缓冲寄存器(Bu

2、fer)，用以存储最近Cache命中后被访问的标签和数据子阵列信息。在开始进行标签访问之前，选中该Buffer，并将所访问的Cache标签和Bufer标签进行匹配，根据匹配结果选择采用路预测访问或分段访问方式。通过MiBench基准测试程序并使用SimpleScalar和Sim—Panalyzer进行实验，结果表明，与传统组相联Cache技术相比，该策略能降低25．15％的能量延迟积。关键词：低功耗；高速缓冲存储器；多路组相联；路预测；分阶段；预访问中文引用格式：胡瑞，马鹏，章建雄．嵌入式微处理器中的低功耗Cache技术研究[J]．计算机工程，2015，41(7)：75—81．英文引用

3、格式：HuRui，MaPeng，ZhangJianxiong．ResearchonLowPowerConsumptionCacheTechnologyinEmbeddedMicroprocessor[J]．ComputerEngineering，2015，41(7)：75—81．ResearchonLowPowerConsumptionCacheTechnologyinEmbeddedMicroprocessorHURui，MAPeng，ZHANGJianxiong(The32ndResearchInstituteofChinaElectronicsTechnologyGroupCor

4、poration，Shanghai200233，China)【Abstract】Cache，asanimportantpartofthemicroprocessor．accountsforanundueproportionofthechipareaandpowerconsumption，whichisaproblemneedstobesolved，especiallytheintensiveenergycost．Underthebackgroundandbasedontwokindsofmicrostructural—levellow—poweroptimizationtechniqu

5、esforsetassociativeCache——phasedCache，aswellastheway—predictingone，thispaperproposesalow—powerset—associativepre—accessCachestrategy．Inthisstrategy，Buf~risaddedinCachetostorethehittaganddatasubarray—informationfromhitCache．Itselectsthebufferbeforeaccessingthetag，andthenmatchesthetagfromtWOparts—

6、—accessedCacheandBuffer．Referringtothematchingresult，way—predictingorphasedCachecanbechosentoaccess．ExperimentalresultsthroughMiBenehbenchmarks，Simple—ScalarandSim—PanalyzershowthatEnergy—delayProduct(EDP)canbereducedby25．15％inthisstrategy．【Keywords】lowpowerconsumption；Cache；multi—wayset—associa

7、tive；way—predicting；phased；pre—accessDOI：10．3969／i．issn．1000—3428．2015．07．014行速度年均增长约60％，而存储器年均增长仅7％，1概述严重滞后于处理器的增长速度。嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件，控制高速缓冲存储器(Cache)尽管极大地缓解了处并辅助系统的运行。高性能和低功耗是嵌入式处理器与内存速度的差距，但引入的问题是在芯片面理器设计的2个重要维度，两者相互制约。目