面向非易失性存儲(chǔ)器系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度與數(shù)據(jù)分配研究

《面向非易失性存儲(chǔ)器系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度與數(shù)據(jù)分配研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、面向非易失性存儲(chǔ)器系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度與數(shù)據(jù)分配研究重慶大學(xué)博士學(xué)位論文學(xué)生姓名：谷守珍指導(dǎo)教師：沙行勉教授專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科門(mén)類(lèi)：工學(xué)重慶大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院二O一六年三月TaskSchedulingandDataAllocationforSystemswithNon-volatileMemoryAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeringB

2、yShouzhenGuSupervisedbyProf.EdwinH.-M.ShaSpecialty:ComputerScienceandTechnologyCollegeofComputerScienceofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMar.2016中文摘要摘要嵌入式系統(tǒng)上的應(yīng)用程序通常具有實(shí)時(shí)性要求。同時(shí)，能耗也成為了限制嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。與計(jì)算處理相比，嵌入式系統(tǒng)中的存儲(chǔ)訪問(wèn)消耗了更多的時(shí)間和功耗。因此，嵌入式系統(tǒng)急需高性能、低功耗的存儲(chǔ)系統(tǒng)及

3、其相關(guān)優(yōu)化技術(shù)。近年來(lái)，一些新型的非易失性存儲(chǔ)器得到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，成為了解決存儲(chǔ)系統(tǒng)性能和功耗問(wèn)題的最為引人矚目的新一代存儲(chǔ)器件。新型的非易失性存儲(chǔ)器其具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如低靜態(tài)能耗、高集成密度、抗震性好、讀取速度快，最重要的是能夠在斷電情況下保存信息。但是非易失性存儲(chǔ)器也有其弊端，如讀寫(xiě)速度不平衡、寫(xiě)能耗高、有限的擦寫(xiě)次數(shù)等問(wèn)題。本文主要研究嵌入式系統(tǒng)中非易失性存儲(chǔ)器系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度和數(shù)據(jù)分配，主要進(jìn)行如下三個(gè)方面的研究工作。1）本文對(duì)疇壁存儲(chǔ)器系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度和數(shù)據(jù)分配研究。首先，本文提出基于

4、疇壁存儲(chǔ)器的便簽式存儲(chǔ)器的體系結(jié)構(gòu)模型。疇壁存儲(chǔ)器具有兩種不同類(lèi)型的單元：微單元和宏單元。微單元疇壁存儲(chǔ)器的訪問(wèn)速度快，但其集成密度低。而宏單元疇壁存儲(chǔ)器具有非常高的集成密度，但是訪問(wèn)速度不固定。針對(duì)由兩類(lèi)疇壁存儲(chǔ)器單元構(gòu)成的便簽式存儲(chǔ)器，本文提出減少最長(zhǎng)移動(dòng)（LMR）算法，以找到擁有高性能、低功耗和高集成密度的便簽式存儲(chǔ)器配置方案。為了提高宏單元疇壁存儲(chǔ)器的性能，本文提出整數(shù)非線性規(guī)劃（INLP）模型和指令分組調(diào)度（IGS）算法。通過(guò)適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)訪問(wèn)任務(wù)調(diào)度和數(shù)據(jù)分配，減少宏單元疇壁存儲(chǔ)器上的移動(dòng)操作，從

5、而提高存儲(chǔ)器的性能、降低其能耗。2）本文對(duì)多種類(lèi)型存儲(chǔ)器系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分配研究。針對(duì)應(yīng)用程序中廣泛存在的分支結(jié)構(gòu)，本文提出數(shù)據(jù)訪問(wèn)頻率的概率模型，并且定義了概率保證的數(shù)據(jù)分配問(wèn)題。為了求解多種類(lèi)型存儲(chǔ)器系統(tǒng)上概率保證的數(shù)據(jù)分配問(wèn)題，本文還提出帶概率的最優(yōu)數(shù)據(jù)分配（ODAP）算法和最大化減少開(kāi)銷(xiāo)（MCS）算法。帶概率的最優(yōu)數(shù)據(jù)分配算法是基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃思想的算法，能夠找到概率保證下最優(yōu)的數(shù)據(jù)分配方案。最大化減少開(kāi)銷(xiāo)算法是近似最優(yōu)的算法，能快速的找到概率保證下較優(yōu)的數(shù)據(jù)分配方案。為了提高帶概率的最優(yōu)數(shù)據(jù)分配算法和最

6、大化減少開(kāi)銷(xiāo)算法的運(yùn)行開(kāi)銷(xiāo)，本文還提出了冗余去除（R_R）算法。3）本文對(duì)采用可基于非易失性存儲(chǔ)器的多端口存儲(chǔ)器的多核處理器系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度和數(shù)據(jù)分配研究。本文提出整數(shù)線性規(guī)劃（ILP）模型和一個(gè)三段式的啟發(fā)式算法，來(lái)找到最優(yōu)或較優(yōu)的任務(wù)調(diào)度和數(shù)據(jù)分配方案，以提高多核處理器系統(tǒng)上任務(wù)執(zhí)行的并行性和對(duì)多端口存儲(chǔ)器訪問(wèn)的并行性，從而提高多核處理器I重慶大學(xué)博士學(xué)位論文系統(tǒng)的性能。其中，啟發(fā)式算法包括生成任務(wù)分配的減少遠(yuǎn)程訪問(wèn)任務(wù)分配（TARAR）算法、基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃思想生成數(shù)據(jù)分配的最小訪問(wèn)開(kāi)銷(xiāo)（MMAC）算法

7、和決定任務(wù)與數(shù)據(jù)訪問(wèn)開(kāi)始時(shí)間的調(diào)度（ASAP）算法。本文還對(duì)所提技術(shù)在模擬平臺(tái)上進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了所提技術(shù)能夠有效提高系統(tǒng)的性能、降低其能耗。關(guān)鍵詞：任務(wù)調(diào)度，數(shù)據(jù)分配，非易失性存儲(chǔ)器，便簽式存儲(chǔ)器，嵌入式系統(tǒng)II英文摘要ABSTRACTApplicationsthatrunintheembeddedsystemsnormallyshouldbefinishedwithinatimingconstraintinenergy-efficientfashion.Inadditiontocomput

8、ation,memoryaccessesintheseembeddedsystemsaccountforalargepercentageoftimeandenergy.Therefore,time-efficientandenergy-efficienton-chipmemoriesandcorrespondingoptimizationtechniquesaredesirableforembeddedsystems.Inre