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处理器存储器子系统中的SoC功耗优化设计海洋平台婚纱礼服仿石砖石材石椅防护口罩Frc

发布时间:2023-11-29 17:43:21 阅读: 来源:粉笔厂家

处理器存储器子系统中的SoC功耗优化设计

在新的系统级芯片(SoC)设计中,尤其是对便携式设备而言,对整个系统功耗的优化正变得与性能和面积优化同样重要。有些EDA工具具有门控时钟、降压、降频和减少漏电电流等功能,有些芯片制造商能够提供南宫低功耗库和工艺,所有这些工艺都非常费时;在最好情况下能够提供两倍的性能提升,因为这些提升是在设计周期的后端进行的。

功耗优化的最佳时间是在设计周期的一开始进行,即在确定体系结构的系统级进行优化。确定系统级体系结构对功汽车质押耗影响非常大,如局部存储器和高速缓存的数量和容量。在设计周期的一开始进行优化可以减少功耗十倍以上。

Tensilica公司的Xenergy是业界第一个用于评估功耗对整个处理器子系统(处理器、高速缓存和局部存储器)影响的软件工具,该工具基于在子系统上实际执行应用程序代码。这种在设计周期的一开始就进行功耗估计的方法只需要几分钟时间,而那种基于RTL的功耗分析方法则需要几个小时甚至几天。SoC体系结构设计人员可以使用这些数据对软件程序和Tensilica的Xtensa处理器进行功耗优化。对Tensilica公司的钻石标准处理器用户而言,该工具有助于软件优化,但钻石标准处理器不能改变。

处理器和存储器功耗优化

Xenergy工具包括一个二进制代码软件及相关信息,前者表示目标处理器,后者表示制造工艺及工作条件。Xenergy工具使用Tensilica的指令集仿真器ISS来执行二进制代码软件,其输出是一个处理器核及存储器功耗和能量报告,包括动态功耗、漏电功耗、全部功耗以及处理器核与紧密耦合的本地存储器功耗。设计人员可以修改程序软件或者Xtensa配置硬件来优化处理器功耗分布,并重新运行Xenergy工具。整个流程如图1所示。

设计人员可以使用Xenergy工具来执行两项基本任务。一是通过修改应用程序软件来减少存储器访问次数,进而减少处理器和存储器功耗;二是可以调整Xtensa可配置处理器及其相关存储器,这通过选择不同的配置选项,增加指令扩展、寄存器文件、新执行部件,并改变本地存储器和高速缓存的数量和容量。

考虑的焦点是整个系统的能量消耗,在有些情况下具有一定的欺骗性。整个系统的功耗是功耗系数(mW/MHz)和执行一定负载所需要的时钟周期数(毫秒)的乘积。如果一条新指令加到Xtensa可配置处理器后,虽然增加了功耗系数,但却减少了整个时钟周期数。例如,功耗系数增加20%,但导致程序执行速度提高3倍。在这种情况下,整个系统功耗实际上降低了60%。

图1:Xenergy能量估计软件能够对运行在Tensilica Xtensa可配置处理器或者钻石标准处理器上的应用程序进行功耗评估。

工作原理

针对各种处理器配置情况以及不同的制造工艺,Tensilica生成的访存(读和写而对产品有任何破坏都不是厂商及客户所愿意见到的)功耗统计模型和每条指令的功耗统计模型均经过详细的综合、RTL代码设计以及门级仿真。Xenergy工具使用这些模型,即使采用Tensilica指令扩展(TIE)语言编写的由设计人员定义的指令也不例外。

Xenergy工具使用访存功耗统计模型和指令功耗统计模型,包括了用Tensilica指令扩展语言编写的由设计人员定义的扩展指令。针对各种地秤处理器配置情况以及不同的制造工艺,这些统计模型的开发包括了详细的综合、RTL代码设性价比最高计以及门级仿真。

Xenergy工具采用Tensilica的指令集仿真器ISS对应用程序进行仿真,仿真精度达到时钟周期。仿真后可以给出每条指令执行以及每次访存的综合统计信息。针对采用的处理器和存储器,Xenergy工具可以估计出相应的动态功耗、漏电功耗和全部功耗。

存储器和应用程序代码效应

有些TIE指令可以改善应用程序的性能,但极大地增加了访存次数,进而增加了系统功耗。而且,对高速缓存的更新(容量和关联度)有助于功耗优化。Xenergy程序能够帮助设计人员理解整个处理器的变化所造成的影响,这些变化是在处理器配置过程中随着存储器的不同所引起的。

类似地,Xenergy工具能够帮助开发通过激光3D打印技术可制作出强度高、精度准的3D模型人员修改应用程序代码来减少处理器和存储器的能量消耗。例如,在应用程序中对数据结构进行重构能够降低访存次数。通过使用Tensilica的标准软件工具,开发人员可以发现应用程序的改善情况。通过使用Xenergy工具,开发人员能够发现通过修改程序代码来降低系统功耗。

一个例子

我们采用EEMBC(嵌入式微处理器典型程序联盟,参见址)中的RGB到YUV颜色转换典型程序来说明Xenergy工具是如果在实际应用程序中使用的。

我们也可以采用Tensilica的XPRES(Xtensa处理器扩展综合)编译器,该编译器利用C或者C++编写的应用程序软件作为输入数据,并产生用TIE语言表示的处理器扩展。通过XPRES编译器可以为Xtensa处理器产生三种扩展指令集。

1. 要求XPRES编译器产生TIE指令,完成指令操作融合,jx.5528439.cn
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