一种基于Cache机制的嵌入式Flash控制器设计-计算机应用与软件.PDF

第３３卷第８期　　　 计算机应用与软件 Ｖｏｌ３３Ｎｏ．８ ２０１６年８月　　 ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅ Ａｕｇ．２０１６ 一种基于Ｃａｃｈｅ机制的嵌入式Ｆｌａｓｈ控制器设计 １，２ １ １ １ １，２ 曹　健 　李凌浩 　黄雅东 　吴中海 　张　兴 １（北京大学软件与微电子学院　北京 １００８７１） ２（北京大学信息科学技术学院　北京 １００８７１） 摘　要　　嵌入式Ｆｌａｓｈ（ｅＦｌａｓｈ）在ＳｏＣ中的运用日益广泛，而Ｆｌａｓｈ较慢的读取速度与处理器高频取指之间的矛盾愈发突出。针 对该问题，在Ｆｌａｓｈ控制器中引入Ｃａｃｈｅ机制，并运用组相联映射、优化的“最近最少使用”ＬＲＵ（ＬｅａｓｔＲｅｃｅｎｔｌｙＵｓｅｄ）替换算法、流水 预填充结构对Ｃａｃｈｅ进行多方面优化。与未加入Ｃａｃｈｅ机制的Ｆｌａｓｈ控制器相比，加入Ｃａｃｈｅ机制的Ｆｌａｓｈ控制器可使处理器取指 时间节省３８％。 关键词　　嵌入式Ｆｌａｓｈ　Ｃａｃｈｅ　组相联映射　ＬＲＵ　流水预填充 中图分类号　ＴＰ３　　　　文献标识码　Ａ　　　　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００３８６ｘ．２０１６．０８．０５３ ＤＥＳＩＧＮＯＦＡＮＥＭＢＥＤＤＥＤＦＬＡＳＨＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲＢＡＳＥＤＯＮＣＡＣＨＥＭＥＣＨＡＮＩＳＭ １，２ １ １ １ １，２ ＣａｏＪｉａｎ 　ＬｉＬｉｎｇｈａｏ　ＨｕａｎｇＹａｄｏｎｇ　ＷｕＺｈｏｎｇｈａｉ　ＺｈａｎｇＸｉｎｇ １（ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｏｆｔｗａｒｅａｎｄＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＰｅｋｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８７１，Ｃｈｉｎａ） ２（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，ＰｅｋｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８７１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ　　ＥｍｂｅｄｄｅｄＦｌａｓｈ（ｅＦｌａｓｈ）ｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎＳｏＣ，ｂｕｔｔｈｅｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｉｏｎｂｅｃａｍｅｍｏｒｅｐｒｏｍｉｎｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆｌａｓｈｓｌｏｗｒｅａｄｉｎｇ ｓｐｅｅｄａｎｄｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｅｔｃｈ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍ，ｗｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｃａｃｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｎｔｈｅｆｌａｓｈｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ａｎｄｕｓｅｓｅｔ ａｓｓｏｃｉａｔｉｖｅｍａｐｐｉｎｇ，ｏｐｔｉｍｉｚｅｄＬＲＵ（ＬｅａｓｔＲｅｃｅｎｔｌｙＵｓｅｄ）ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｐｒｅｆｅｔｃｈｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｃａｃｈｅ． Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｆｌａｓｈｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗｉｔｈｏｕｔｃａｃｈｅ，ｔｈｅｆｌａｓｈｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗｉｔｈｃａｃｈｅｃａｎｅｎａｂｌｅｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒｔｏｔａｋｅｔｈｅｔｉｍｅｔｏｓａｖｅ３８％． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　　Ｅｍｂｅｄｄｅｄｆｌａｓｈ　Ｃａｃｈｅ　Ｓｅｔａｓｓｏｃｉａｔｉｖｅｍａｐｐｉｎｇ　ＬＲＵ　Ｐｒｅｆｅｔｃｈｉｎｇ Ｒｉｃａｒｄｏ等对Ｃａｃｈｅ可重构技术进行研究［１１］，通过改变Ｃａｃｈｅ容 ０　引　言 量、关联度、替换算法等结构参数，实现 Ｃａｃｈｅ对不同应用场景 下的动态或静态重构。Ｓｈａｎ等于２０１１年提出了ＥＢＡＬＲＵＳＥＱ 嵌入式Ｆｌａｓｈ（ｅＦｌａｓｈ）是一