一種芯片降低功耗提升性能的FLASH加速方法技術

本發明專利技術提出Flash加速控制器的設計，采用數據預取緩存、指令現場保存和替換算法可控加速方案。通過軟件配置或自適應動態切換，來選擇加速方案，實現嵌入式應用中不同場景需求下的系統性能提升。本文工作的主要創新點如下:1)Flash預取操作：對于順序預取數據，綜合使用預取操作，實現讀取加速；對于非順序預取數據，提出指令緩存技術和最近最少使用算法替換數據原則，降低預取缺失代價；2)高頻指令緩存操作：可單獨控制使能，減少對取指操作影響，提高性能。3)通過軟件控制流程單獨實現取指和取數獨立加速方案。

【技術實現步驟摘要】
一種芯片降低功耗提升性能的FLASH加速方法
本專利技術屬于低功耗芯片的
特別涉及一種芯片降低功耗提升性能的FLASH加速方法。
技術介紹
在低功耗、低成本的嵌入式芯片SoC(SystemonChip)設計領域片上Flash作為指令和數據的非易失性存儲模塊正得到愈加廣泛的應用。在嵌入式芯片中，處理器負責控制、操作系統平臺和般的信號處理等任務，Flash用來存儲指令和數據。處理器需要訪問Flash以獲得所需要的指令和數據，才能完成相應的任務操作。通常片上Flash的大部分空間用來存儲指令，處理器對于指令的訪問更加頻繁。相對于處理器可以通過指令級并行、超標量設計和大量使用寄存器來提高性能，Flash性能的提升只能依賴于工藝改良等不多的辦法。因此，隨著處理器性能的提升，Flash的取指速度逐漸成為系統性能的瓶頸。換而言之，Flash取指速度的快慢會直接影響和制約著嵌入式系統芯片SoC的整體性能。因此，研究如何提高Flash的讀取速度對于提高系統的整體性能有著重要意義。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是對現有技術進行改進，提出的Flash加速控制器的設計，采用預取緩存、指令現場保存和存儲算法加速方案。通過軟件配置或自適應動態切換，來選擇加速方案，實現嵌入式應用中不同場景需求下的系統性能提升。為了解決上述問題，本專利技術的降低功耗提升性能的FLASH加速方法包括五個步驟：步驟1：高頻指令由軟件在將數據寫入flash之前或者預讀一遍flash數據來統計，并將其存放在高頻指令緩存區。<br>步驟2：根據最近最少用算法LRU(least-recentlyused)，加速緩存控制器將預取的flash數據存放在預取數據模塊中。預取數據模塊分兩部分：順序預取模塊，LRU替換模塊。加速緩存控制器預取數據模塊有空值時會自動從flash取數，并存放在預取數據模塊的空閑位置。步驟3：CPU訪問flash數據時優先從預取數據模塊中讀取。對于CPU訪問順序預取模塊和LRU替換模塊沒有優先級區別。。步驟4：當CPU訪問的數據不在預取數據模塊中時，保存當前跳轉指令，同時重新從flash讀取數據。由于需要重新從flash讀取數據并且flash訪問速度較慢，所以CPU訪問要插入等待周期。步驟5：根據最近最少使用算法將從flash讀取的數據存入預取數據模塊中，從flash讀取的數據先存放在順序預取模塊，同事根據存儲算法算法用順序預取模塊的數據替換掉LRU替換模塊的數據。循環步驟2～5。附圖說明圖1降低功耗提升性能的flash加速方法方框圖；圖2一般flash讀時序圖；圖3flash加速讀時序圖具體實施方式下面結合附圖與具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明：本專利技術的降低功耗提升性能的flash加速方法方框圖如圖1所示，包括flash、數據流控制模塊、加速緩存控制器、flash控制、總線接口、擦寫模塊等模塊。降低功耗提升性能的flash加速方法時序圖如圖2、圖3所示，其中圖2有延時的flash讀時序圖，圖3flash加速時序圖。通過下面五個步驟實現：步驟1：高頻指令由軟件在將數據寫入flash之前或者預讀一遍flash數據來統計，并將其存放在高頻指令緩存區。步驟2：根據最近最少用算法LRU(least-recentlyused)，加速緩存控制器將預取的flash數據存放在預取數據模塊中。預取數據模塊分兩部分：順序預取模塊，LRU替換模塊。加速緩存控制器預取數據模塊有空值時會自動從flash取數，并存放在預取數據模塊的空閑位置。步驟3：CPU訪問flash數據時優先從預取數據模塊中讀取。對于CPU訪問順序預取模塊和LRU替換模塊沒有優先級區別。。步驟4：當CPU訪問的數據不在預取數據模塊中時，保存當前跳轉指令，同時重新從flash讀取數據。由于需要重新從flash讀取數據并且flash訪問速度較慢，所以CPU訪問要插入等待周期。步驟5：根據最近最少使用算法將從flash讀取的數據存入預取數據模塊中，從flash讀取的數據先存放在順序預取模塊，同時根據存儲算法算法用順序預取模塊的數據替換掉LRU替換模塊的數據。循環步驟2～5。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種芯片降低功耗提升性能的FLASH加速方法，其特征在于，主要包括步驟：/n步驟1、加速緩存控制器將flash中高頻使用到的指令存放在高頻指令緩存區；/n步驟2、根據最近最少用算法LRU(least-recently used)，加速緩存控制器將預取的flash數據存放在預取數據模塊中；/n步驟3、CPU訪問flash數據時優先從預取數據模塊的buffer中讀取；/n步驟4、當CPU訪問的數據不在預取數據模塊中時，保存當前跳轉指令，同時重新從flash讀取數據；/n步驟5、根據最近最少使用算法將從flash讀取的數據存入預取數據模塊中，循環步驟2～5。/n

【技術特征摘要】
1.一種芯片降低功耗提升性能的FLASH加速方法，其特征在于，主要包括步驟：
步驟1、加速緩存控制器將flash中高頻使用到的指令存放在高頻指令緩存區；
步驟2、根據最近最少用算法LRU(least-recentlyused)，加速緩存控制器將預取的flash數據存放在預取數據模塊中；
步驟3、CPU訪問flash數據時優先從預取數據模塊的buffer中讀取；
步驟4、當CPU訪問的數據不在預取數據模塊中時，保存當前跳轉指令，同時重新從flash讀取數據；
步驟5、根據最近最少使用算法將從flash讀取的數據存入預取數據模塊中，循環步驟2～5。


2.根據權利要求1所述的一種芯片降低功耗提升性能的FLASH加速方法，其特征在于，所述步驟1：在加速緩存控制器將flash中高頻使用到的指令存放在高頻指令緩存區：
其中，高頻指令由軟件在將數據寫入flash之前或者預讀一遍flash數據來統計，并將其存放在高頻指令緩存區。


3.根據權利要求1所述的一種芯片降低功耗提升性能的FLASH加速方法，其特征在于，所述步驟2：根據最近最少用算法LRU(least-recentlyused)，加速緩存控制器將...

【專利技術屬性】
技術研發人員：時穎，舒海軍，吳明勛，
申請(專利權)人：上海華虹集成電路有限責任公司，北京中電華大電子設計有限責任公司，
類型：發明
國別省市：上海;31