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基于嵌入式系统内存规划方法的研究

发布时间:2020-07-01 01:24:23 阅读: 来源:电动泵厂家

针对有内存管理单元(MMU)的处理器设计的一些桌面操作系统(如Windows、Linux)都使用了虚拟存储器的概念,虚拟内存地址被送到MMU。在这里,虚拟地址被映射为物理地址,实际存储器被分割为相同大小的页面,采用分页的方式载入进程。一个程序在运行之前,没有必要全部装入内存,而是仅将那些当前要运行的部分页面装入内存运行。大多数嵌入式系统是针对没有MMU的处理器设计的,因此不能使用处理器的虚拟内存管理技术,而采用实存储管理策略,从而对内存的访问是直接的。它对地址的访问不需要经过MMU,而是直接送到地址线上输出,所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。而且,大多数嵌入式操作系统对内存没有保护,各个进程实际上共享一个运行空间。一个进程在执行前,系统必须为它分配足够的连续地址空间,然后全部载入主存储的连续空间。从编译内核开始,开发人员必须告诉系统,这块开发板到底拥有多少内存;在开发程序时,必须考虑内存的分配情况并关注应用程序需要运行空间的大小。另外,由于采用实存储器管理策略,用户程序同内核以及其他用户程序在一个地址空间,程序开发时要保证不侵犯其他应用程序的地址空间,不破坏系统的正常工作,使程序正常运行。因而对内存操作要格外小心。由此可见,开发者不得不参与系统的内存管理,否则系统的效率和性能都不能令人满意。开发者可以用一个内存管理器来帮助管理内存,可以借鉴流行操作系统对内存池(pool)中块(block)进行管理的思想。访问时先寻找对应的块,然后对物理地址进行页的解码,进而是行解码,最后是列解码和根据图像处理系统处理大量数据的特点,对数据在内存中的布局进行规划。即同一块中使连续访问的数据在同一页;在同一页的数据,尽量安排在同一行,减小内存访问延迟,以便对性能进行改善。同时,内存块间相对位置也用同样的方法进行规划,使得块间的转换也尽快完成。本文采用遗传算法,同时对内存数据存储进行页、行、列的规划,对块间相对位置也进行了规划。

本文引用地址: 内存规划

流行的操作系统对内存访问的基本方式是支持快速缓存,执行的过程是把要访问的地址整行拷贝到缓存区,先进行页解码和行解码,然后进行列解码并根据读写信号进行选择。目前嵌入式系统中使用的DRAMs都支持高效内存访问模式,还特别支持流行的页(page)访问模式和区间(burst)访问模式(相当于以列为主的访问)。这种访问模式消耗的能量低于随机访问方式,例如,IBM′s Cu-11 Embedded DRAM macro支持的随机访问时间是10ns,而块中页访问的时间是5ns,电流分别是60mA/MB和13mA/MB。所以,充分利用内存访问模式的特点可以改变嵌入式系统的性能。

为了说明本文的规划思想,假设内存中有如图1所示的变量a,b,c,d,e,f,g,h。若要访问内存中变量的次序为 acacebdbefgfdah,则根据图1中内存存放的次序,可以计算出访问延迟的时间。如果页间访问延迟时间是5个时钟周期,记为Delay(P)= 5cycles,则在同页中行间访问延迟Delay(R)=3cycles,同行中列间访问延迟Delay(C)=1cycles。根据图1(a)和图1 (b)中两种存储模式,可以分别计算出如图2所示的两种内存存储方式下内存访问延迟时间:Latency(a)=47cycles,Latency(b) =29cycles。

同样,将相互访问频率较高的内存块,如三个数组A、B、C分别存放在不同的内存块,数组A和数组C是经常要进行元素间计算的,则把分别存储A和C的块放在相邻的位置上,这样,既可以减小地址总线的负担,也可以提高访问时间和减少访问次数。 linux操作系统文章专题:linux操作系统详解(linux不再难懂)

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