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嵌入式系统中闪速存储器系统的若干节能技术研究

杜晔华  
【摘要】:闪速存储器以非易失性、低功耗、抗辐射等优点,被广泛应用于嵌入式系统中,而传统的闪速存储系统架构与实现技术已经不能满足大容量、高性能、低功耗、可定制的需求。在分析已有系统架构的基础上,本文以空间管理和能源管理分立的构建方式,提出了面向能量优化的闪速存储器系统架构设计与实现技术。 空间管理方面,从两个层面提出能量优化解决方案。第一个层面,实现了面向能量优化的地址映射,即基于日志块的自适应混合地址映射框架。以数据属性为核心,实现了多哈希函数框架下的分段LRU算法,提供了高效、高正确率的热数据识别,进而通过多日志块动态分配,提高了热数据块的更新性能。 第二个层面,提出了多策略垃圾回收框架与实现技术。首次采用能量权函数量化了能量状态与回收代价的关系,提出了与迁移权函数相结合的回收对象选择算法。将数据块的度和擦除间隔两个变量进行标准化,提出EID回收对象选择算法,既能够提供与代价—收益策略相当的均衡性,又保证了多日志块结构下的能量优化管理。 能源管理方面,本文解决了动态电源管理和动态电压管理两个策略在闪速存储器系统上的应用与实现。一方面,建立了多片系统架构,提出四个关键技术。包括精确相关性检测机制和多哈希函数与计数器链表结合的模糊相关性检测机制。使用“片恢复时间”量化能量状态与数据分配的关系,提出兼顾均衡性与节能效果的片间分配策略。基于反馈式单参数预测方法的片切换规则和延时写入技术。另一方面,对于可调电压的闪速存储器,根据其任务集具有突发性、不可抢占的特点,研究并实现了实时动态电压调度算法。 在以上研究的基础上,本文研究并实现了多日志块混合地址映射模拟器、多片系统模拟器、动态电压调度模拟器,并进行了实验。实验结果验证了面向能量优化的系统架构下,自适应的多日志块混合地址映射机制、基于数据相关性的动态电源管理、实时动态电压调度和多策略垃圾回收器,能够在保障性能和均衡性的前提下,有效提高节能比例。


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