Cache結構的低功耗可重構技術研究

2．2 動態重構算法
在程序運行過程中，通過軟件監測自動選擇優化的Cache結構。一般采用啟發式算法，即根據程序過去執行的狀況預測未來的運行情況，并為其配置相應的優化結構。重構流程是：在程序運行的時候，CPU按固定的時間間隔檢查一系列的硬件計數器；這些計數器記錄上一時間段內的Cache缺失率和分支跳轉的發生頻率，如果改變的程度超過設定閾值則進入重構過程，否則程序繼續運行。
圖3是可重構算法的狀態圖。RESET為程序開始運行時的初始狀態；UNSTABLE為非穩定狀態，該狀態下進行結構的搜索與重構；STABLE為選擇好優化的Cache結構進入穩定運行的狀態；TRANSl，TRANS2為狀態相互切換時的中間狀態。圖4是在UNSTABLE狀態下的搜索流程。首先根據統計將各種配置的Cache結構按照失效率進行排序。進入重構搜索狀態后，如果引起重構的原因是失效率的上升，則沿著排序表開始，朝失效率降低的方向依次搜索新的Cache結構。如果引起重構的原因是程序分支頻率的改變，則需要搜索所有的Cache結構。

2．3 可重構Cache中問題
(1)數據重名問題
Cache中的數據重名問題是指主存中同一地址的數據同時出現在Cache中兩個不同的位置。實地址Cache中本來不存在數字重名問題，但引入可重構概念的同時，也帶來了數據重名問題。解決這一問題的簡單辦法是在Cache重構的時候讓Cache中的內容全部無效，需要寫回的內容都進行寫回。但這樣會導致Cache性能下降，特別是在Cache重構比較頻繁的時候。但是如果動態重構的指令片段較大，則影響比較小。
(2)映射錯誤問題
Cache在重構時，其組數量會變化，從而導致需要比較的Tag位的數量也發生變化，這會導致映射錯誤的出現。為了保證處于任何一種狀態的時候都有足夠的Tag來做比較，按照Tag位最長的一種配置來保存Cache地址結構，也就是組數量最少的情況。這樣做雖然會增加一些無用的比較，但卻能避免刷新Cache帶來的性能損失。

結 論
本文在傳統Cache結構的基礎上分析了一種可重構Cache的體系結構及其動態重構的配置算法，指出了可重構Cache可能會遇到的問題。通過對傳統Cache結構的改進，在嵌入式處理器上實現Cache可重構技術，這對嵌入式處理器的存儲器體系結構功耗優化有著重要意義。可重構Cache的設計方法具有非常好的低功耗潛力，也是目前計算機體系結構方面的研究熱點之一。