嵌入式存儲系統DPM策略研究.pdf

1、隨著市場對移動計算與存儲需求的大規(guī)模增長，構建于嵌入式系統之上的各類電子與計算機系統越來越多，功能與結構的日益復雜也使得系統的功耗不斷增長。相當多的嵌入式系統采用電池供電，降低功耗可以延長一次充電后電池的使用時間，提高產品競爭力。不僅如此，降低芯片封裝與冷卻費用、提高系統穩(wěn)定性與減小能耗對環(huán)境影響的考慮也使降低系統功耗成為越來越突出的需求。存儲系統是嵌入式系統中的重要組成部分，一般按照層次化的結構進行組織。研究表明，嵌入式存儲系統中的主

2、存與非易失性存儲部件在系統中的功耗比例較大，超過了處理器的功耗。因此，降低存儲系統的功耗成為降低系統功耗的重要環(huán)節(jié)。 動態(tài)功耗管理(DPM)是一種系統級功耗優(yōu)化技術，通過觀察負載情況來有選擇性的將系統或部件設置為低功耗模式以降低功耗。DPM策略的作用對象為功耗可控部件(PMC)，本論文以存儲系統中的PMC為對象，開展適用于不同軟硬件資源條件的DPM研究，并通過基于事件驅動的仿真實驗對策略效果進行評估。 傳統DPM策略直接

3、面向PMC，主存資源開銷較小，適用于資源受限的嵌入式存儲系統。預測性DPM策略在傳統策略中具有實用性與節(jié)能效果的較好平衡。論文提出適用于DPM預測性策略的模塊化結構，提高了策略的通用性與實施的靈活性，并在該結構中首次引入功耗反饋機制，使預測性策略在節(jié)能目標的指引下具有更好的自適應性。嵌入式存儲系統中的部件空閑時間常呈現隨機特性，并不符合現有DPM預測性策略基于空閑時間關聯性進行預測的條件。本論文據此提出基于能耗期望(EEB)的預測性策略

4、。EEB根據空閑時間分布確定獲得最小能耗期望的空閑模式，并在PMC空閑時使其進入該模式。在空閑時間非穩(wěn)態(tài)分布下，采用滑動窗口法對能耗期望進行動態(tài)估計，使EEB在非穩(wěn)態(tài)環(huán)境下也具有較好的節(jié)能效果。 在主存資源較為豐富的嵌入式系統中，利用數據緩沖區(qū)實現請求集中從而延長PMC的空閑時間可獲得比傳統策略更好的節(jié)能效果，稱為面向層次化存儲的DPM策略。此類研究中，基于FIFO數據緩沖區(qū)的策略未考慮嵌入式多任務環(huán)境下數據交替與重復訪問的特性

5、，造成PMC的大量無效讀取。本論文據此提出基于緩沖區(qū)動態(tài)分組(DGDB)的功耗管理策略。DGDB將數據緩沖區(qū)劃分為塊，在運行時以塊為單位對緩沖區(qū)進行分組，使各任務在不同分組中保留各自的預讀內容，從而避免數據無效更替。當所需數據缺失時，DGDB進行具有節(jié)能意識的預讀，并引入緩沖區(qū)塊替換算法使數據得以重用，減少對存儲部件的訪問，從而帶來更長的空閑時間。在此基礎上提出基于任務信息(TIB)的層次化存儲DPM策略。TIB策略對任務的數據訪問模式

6、進一步細分，通過修改存儲訪問接口獲知任務數據訪問的模式，根據不同模式決定預讀與替換算法，使策略具有更好的節(jié)能意識。 本文設計了基于事件驅動的DPM系統軟件仿真，通過事件模擬出操作請求和系統信息，觸發(fā)各部件模擬器的執(zhí)行。根據對實驗統計數據的分析提取功耗和狀態(tài)模型的參數，準確模擬了微硬盤功耗和狀態(tài)的變化，經過模型檢驗，功耗仿真結果的最大相對誤差約為6.5％?；诖说姆抡鎸嶒灡砻鳎疚奶岢龅念A測性DPM策略在隨機環(huán)境下具有比傳統預測性