[发明专利]一种快速的指令级处理器能耗估算方法

说明书

技术领域

本发明属于嵌入式系统软件能耗优化设计领域，具体涉及一种快速的指令级处理器能耗估算方法。

背景技术

降低能耗已经成为嵌入式系统设计面临的重要问题之一，人们不仅关注如何降低这些系统的能耗，更需要评估这些系统中各类软件成分对系统能耗的影响，考察各层软件执行过程中涉及到的硬件部件的能耗。当前，对于嵌入式处理器的能耗估算技术发展迅速，能够通过模拟指令在微体系结构部件上执行的过程，估算包括操作系统和应用程序在内的软件系统的能耗，并获得足够精确的估算结果。存在的主要问题是处理器能耗估算速度慢(一条指令的行为大约用5000条指令模拟)，模拟框架结构复杂。因此，需要新的处理器能耗估算模型和方法，在保持原有处理器能耗估算准确度的情况下，提高估算速度，简化估算框架结构，从而满足更复杂系统(如虚拟机系统)的全系统能耗估算、对操作系统、中间件、应用软件的能耗评估、优化的需求，更好地服务于低能耗嵌入式系统软件开发。

发明内容

本发明目的在于提出一种快速的指令级处理器能耗估算方法，可以根据软件动态运行过程中的指令、Cache访问、内存及外围部件访问特征，快速地估算软件运行时的处理器能耗。

本发明所述的快速指令级处理器能耗估算方法如下(流程如附图所示)：

A.定义程序在处理器上运行过程中所对应的处理器能耗，是该程序的指令执行涉及到的数据通路上的相关部件能耗之和，包括指令在数据通路上的基本能耗和指令间相互影响造成的能耗，后者包括各种流水线停顿、Cache访问及访存操作的能耗。用公式表示为：

Eprog=Σi∈{ISet}[Ni*Ei]+Ecache---(1)]]>

E_cache＝N_IM*E_IMiss+N_DM*E_DMiss+N_IH*E_IHit+N_DH*E_DHit

其中N_i、N_IM、N_DM、N_IH、N_DH是系数，，在模拟执行软件的过程中统计获得，其含义分别为：

-N_i表示执行的指令条数；

-N_IM表示发生指令Cache缺失(记为ICacheMiss)的次数；

-N_DM表示发生数据Cache缺失(记为DCacheMiss)的次数；

-N_IH表示发生指令Cache命中(记为ICacheHit)的次数；

-N_DH表示发生数据Cache命中(记为DCacheHit)的次数。

E_i、E_IMiss、E_DMiss、E_IHit、E_DHit是能耗参数，其含义分别是：

1.E_i表示指令在五段流水线上访问不同的计算部件和逻辑部件的基本能耗，因指令而异；

2.E_IHit表示单次ICacheHit能耗，是读写ICache的能耗；

3.E_IMiss表示单次ICacheMiss能耗，是通过内部总线读写下一级Cache或者内存时在内部总线上的指令传输能耗；