[发明专利]具有基于自动页的RAM遮蔽的计算设备及操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算设备，且特别涉及提高计算设备性能的改进的方法，其中该计算设备执行在相对低速的存储器中存储的代码。

背景技术

本文所用的术语“计算装置”将被广泛地理解为覆盖任何形式的电计算装置并且包括：数据记录装置、任意类型或形式的计算机(包括手持和个人计算机，例如个人数字助理(PDA))、任何形状因子的通信装置(包括：移动电话，智能电话，将通信、图像记录和/或重放、以及计算功能结合到单个装置中的通信器)、以及其他形式的无线和有线信息装置(包括数字照相机、MP3和其他音乐播放器、以及数字收音机)。

现代计算设备包括多种类型的存储器。这些类型的存储器中的一些(诸如传统的静态和动态RAM(随机存取存储器))是高速但易失性的存储器；仅当设备被上电时RAM的内容才被保留在那个存储器中。其它类型的存储器(诸如ROM(只读存储器)和闪存)速度明显低于RAM但却是非易失性的；这些类型的存储器的内容可以用于永久性存储，这是因为甚至在设备断电时内容也被保留。

广泛认可的是，作为生产过程的一部分，需要在一些类型的永久性非易失性存储器中为计算设备配备程序，这些程序是设备正常运行所必要的。这种程序可以是在设备被上电时运行的引导程序的一部分，或它们可以提供经常被请求的操作系统服务，或它们可以是重要的应用程序。因此它们需要被配备在非易失性存储器(诸如，ROM或闪存)中。

然而，也被广泛认可的是，这种非易失性存储器在操作中速度明显低于RAM，且这意味着执行非易失性存储器中的程序使设备不能以最佳速度操作。因为用户对他们的计算设备操作的速度期望值非常高，所以制造商已经开发了一种被称为“遮蔽(shadowing)”的技术，所述遮蔽设法减轻这一困难。遮蔽表示将可执行代码从一种类型的存储器拷贝到另一种类型的存储器，以便提高设备的性能。这最频繁地用在将系统软件从相对低速的XIP(就地执行)ROM拷贝到相对高速的RAM这一环境中。

在用于执行虚拟存储寻址的首批CPU变得广泛可用时，该方法首先在20世纪80年代中期的大量销售的计算设备市场中变得突出。这些CPU通常用于将通常使用的BIOS(基本输入输出系统)代码设置在ROM存储器中的设备中。用于将虚拟存储地址映射到不同的物理存储位置的这种CPU的能力意味着，已可以将相对低速的ROM BIOS的全部内容拷贝到更快速的RAM中，然后重新映射BIOS代码的虚拟地址以指向RAM中的副本。

本领域技术人员将知道的是，使用中的所有可寻址存储位置的总和被称为虚拟存储器，并且现代计算设备包含虚拟存储页到物理存储页的映射，保留于由存储器管理单元或MMU所维护的页表中。通过改变这些页表的内容，可以使一组虚拟存储地址指向可寻址物理存储器的任何期望区域。

尽管将ROM BIOS的内容拷贝到RAM中的过程花费一些时间，且该方法可论证地浪费了有用的存储器(因为可执行代码正被复制)，但将可执行代码从相对低速存储器遮蔽到较高速存储器的这个过程的确改善了计算设备的整体性能，这是因为在设备的正常操作过程中BIOS代码已被如此频繁地执行：实质上，该设备已不再由于需要对每一个BIOS例程都访问ROM而被降速。

为提高性能而遮蔽可执行对象(executable)明确地是用于电池操作的移动计算设备(诸如，蜂窝式移动电话)的操作系统的特征。存在许多种方法来进行可用在这种设备中的遮蔽。这些方法中的两种在Micron技术的论文、标题为“Comparing XIP and CodeShadowing Architecture for 2.5G Cellular Phones”中被引用：

“可以用两种方式中的一种完成代码遮蔽：

·在引导时拷贝所有代码区域...代码空间的100％的开销被保留在RAM空间中以执行应用程序。

·按需拷贝(copy-on-demand)应用程序以用于执行...这几乎减少RAM空间的开销两倍(代码的50％需要被保留在RAM空间中)，但也增加了动态下载的复杂性和等待时间。”(来自http://www.micron.com/publications/wireless3q034q03.html)

遮蔽的第一种类型的实例可以在Microsoft^TM的Windows CE^TM操作系统的某些实施中见到，其中：