结合指令预取和缓存划分的多核缓存wcec优化
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Computer Engineering and Applications 计算机工程与应用
2020，56（1） 69
结合指令预取和缓存划分的多核缓存 WCEC 优化
安立奎 1，韩丽艳 2 1. 渤海大学 数理学院，辽宁 锦州 121013 2. 渤海大学 信息科学与技术学院，辽宁 锦州 121013
摘 要：对于能量供应有限制的硬实时多核系统，最差情况下的能量消耗 WCEC（Worst-Case Energy Consumption） 是一个非常关键的问题。随着芯片工艺的发展，顺序指令预取技术可以减少缓存 WCEC。为了提高指令预取的最 差情况下的节能效率，提出结合指令预取和共享缓存划分的硬实时多核系统缓存 WCEC 优化方法。该方法通过线 性规划方程 ILP（Integer-Linear Programing）为每个核分配 L2 缓存划分因子和调整每个硬实时子任务的指令预取 度，在保证硬实时系统满足时间截止期的情况下，最小化其缓存 WCEC。对 DEBIE 系统进行实例分析，实验结果表 明优化方法是有效的 ，在保证系统满足时间截止期的情况下 ，优化后的缓存 WCEC 比没有指令预取优化的缓存 WCET 平均减少了 22.5%。 关键词：硬实时多核系统 ；最差情况下的能量消耗（WCEC）；指令预取 ；缓存划分 文献标志码：A 中图分类号：TP314 doi：10.3778/j.issn.1002-8331.1901-0038
Abstract：For the hard real-time multicore system that its energy supply is limited, the cache WCEC（Worst-Case Energy Consumption）is a very critical problem. With the development of chip technology, sequential instructions prefetching can reduce the cache WCEC. In order to improve the worst case energy saving efficiency of instruction prefetching, the cache WCEC optimization method combined with the instruction prefetching and shared cache partitioning is proposed. The method assigns L2 cache partitioning factor for each core and adjusts instruction prefetching degree for each subtask by ILP（Integer-Linear Programing）, to minimize the cache WCEC of hard real-time multicore system when guarantees the system meets the time deadline. The DEBIE system is analyzed in the experiments, and the results show that optimization method is effective，the optimized cache WCEC is decreased by 22.5% on an average than that of without instruction prefetching optimization when guarantees DEBIE system meet its time deadline. Keywords：hard real- time multicore system; Worst- Case Energy Consumption（WCEC）; instruction prefetching; cache partitioning
安立奎，韩丽艳 . 结合指令预取和缓存划分的多核缓存 WCEC 优化 . 计算机工程与应用，2020，56（1）：69-75. AN Likui, HAN Liyan. Instruction prefetching and cache partitioning for multicore cache WCEC optimization. Computer Engineering and Applications, 2020, 56（1）：69-75.
Instruction Prefetching and Cache Partitioning for Multicore Cache WCEC Optimization AN Likui1, HAN Liyan2
1.School of Mathematics and Physics, Bohai University, Jinzhou, Liaoning 121013,China 2.School of Information Science and Technology, Bohai University, Jinzhou, Liaoning 121013,China
1 引言
在硬实时多核系统中，任务执行时间必须满足时间 截止期，这对于硬实时系统的可靠性和可调实时系统，例如卫 星的传感监视系统、普适系统等，最差情况下的能量消 耗 WCEC（Worst- case Energy Consumption）也 是 一 个
基金项目：辽宁省教育厅项目（No.20160701）。 作者简介：安立奎（1978—），男，讲师，主要研究领域为实时计算，E-mail：anlikui2012@；韩丽艳（1979—），女，讲师，主要
2020，56（1） 69
结合指令预取和缓存划分的多核缓存 WCEC 优化
安立奎 1，韩丽艳 2 1. 渤海大学 数理学院，辽宁 锦州 121013 2. 渤海大学 信息科学与技术学院，辽宁 锦州 121013
摘 要：对于能量供应有限制的硬实时多核系统，最差情况下的能量消耗 WCEC（Worst-Case Energy Consumption） 是一个非常关键的问题。随着芯片工艺的发展，顺序指令预取技术可以减少缓存 WCEC。为了提高指令预取的最 差情况下的节能效率，提出结合指令预取和共享缓存划分的硬实时多核系统缓存 WCEC 优化方法。该方法通过线 性规划方程 ILP（Integer-Linear Programing）为每个核分配 L2 缓存划分因子和调整每个硬实时子任务的指令预取 度，在保证硬实时系统满足时间截止期的情况下，最小化其缓存 WCEC。对 DEBIE 系统进行实例分析，实验结果表 明优化方法是有效的 ，在保证系统满足时间截止期的情况下 ，优化后的缓存 WCEC 比没有指令预取优化的缓存 WCET 平均减少了 22.5%。 关键词：硬实时多核系统 ；最差情况下的能量消耗（WCEC）；指令预取 ；缓存划分 文献标志码：A 中图分类号：TP314 doi：10.3778/j.issn.1002-8331.1901-0038
Abstract：For the hard real-time multicore system that its energy supply is limited, the cache WCEC（Worst-Case Energy Consumption）is a very critical problem. With the development of chip technology, sequential instructions prefetching can reduce the cache WCEC. In order to improve the worst case energy saving efficiency of instruction prefetching, the cache WCEC optimization method combined with the instruction prefetching and shared cache partitioning is proposed. The method assigns L2 cache partitioning factor for each core and adjusts instruction prefetching degree for each subtask by ILP（Integer-Linear Programing）, to minimize the cache WCEC of hard real-time multicore system when guarantees the system meets the time deadline. The DEBIE system is analyzed in the experiments, and the results show that optimization method is effective，the optimized cache WCEC is decreased by 22.5% on an average than that of without instruction prefetching optimization when guarantees DEBIE system meet its time deadline. Keywords：hard real- time multicore system; Worst- Case Energy Consumption（WCEC）; instruction prefetching; cache partitioning
安立奎，韩丽艳 . 结合指令预取和缓存划分的多核缓存 WCEC 优化 . 计算机工程与应用，2020，56（1）：69-75. AN Likui, HAN Liyan. Instruction prefetching and cache partitioning for multicore cache WCEC optimization. Computer Engineering and Applications, 2020, 56（1）：69-75.
Instruction Prefetching and Cache Partitioning for Multicore Cache WCEC Optimization AN Likui1, HAN Liyan2
1.School of Mathematics and Physics, Bohai University, Jinzhou, Liaoning 121013,China 2.School of Information Science and Technology, Bohai University, Jinzhou, Liaoning 121013,China
1 引言
在硬实时多核系统中，任务执行时间必须满足时间 截止期，这对于硬实时系统的可靠性和可调实时系统，例如卫 星的传感监视系统、普适系统等，最差情况下的能量消 耗 WCEC（Worst- case Energy Consumption）也 是 一 个
基金项目：辽宁省教育厅项目（No.20160701）。 作者简介：安立奎（1978—），男，讲师，主要研究领域为实时计算，E-mail：anlikui2012@；韩丽艳（1979—），女，讲师，主要