CN112148366A - 一种芯片降低功耗提升性能的flash加速方法 - Google Patents

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时颖
舒海军
吴明勋
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Beijing CEC Huada Electronic Design Co Ltd
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Abstract

本发明提出Flash加速控制器的设计，采用数据预取缓存、指令现场保存和替换算法可控加速方案。通过软件配置或自适应动态切换，来选择加速方案，实现嵌入式应用中不同场景需求下的***性能提升。本文工作的主要创新点如下:1)Flash预取操作：对于顺序预取数据，综合使用预取操作，实现读取加速；对于非顺序预取数据，提出指令缓存技术和最近最少使用算法替换数据原则，降低预取缺失代价；2)高频指令缓存操作：可单独控制使能，减少对取指操作影响，提高性能。3)通过软件控制流程单独实现取指和取数独立加速方案。

Description

一种芯片降低功耗提升性能的FLASH加速方法
技术领域
本发明属于低功耗芯片的技术领域。特别涉及一种芯片降低功耗提升性能的FLASH加速方法。
背景技术
在低功耗、低成本的嵌入式芯片SoC(System on Chip)设计领域片上Flash作为指令和数据的非易失性存储模块正得到愈加广泛的应用。在嵌入式芯片中，处理器负责控制、操作***平台和般的信号处理等任务，Flash用来存储指令和数据。处理器需要访问Flash以获得所需要的指令和数据，才能完成相应的任务操作。通常片上Flash的大部分空间用来存储指令，处理器对于指令的访问更加频繁。相对于处理器可以通过指令级并行、超标量设计和大量使用寄存器来提高性能，Flash性能的提升只能依赖于工艺改良等不多的办法。因此，随着处理器性能的提升，Flash的取指速度逐渐成为***性能的瓶颈。换而言之，Flash取指速度的快慢会直接影响和制约着嵌入式***芯片SoC的整体性能。因此，研究如何提高Flash的读取速度对于提高***的整体性能有着重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是对现有技术进行改进，提出的Flash加速控制器的设计，采用预取缓存、指令现场保存和存储算法加速方案。通过软件配置或自适应动态切换，来选择加速方案，实现嵌入式应用中不同场景需求下的***性能提升。
为了解决上述问题，本发明的降低功耗提升性能的FLASH加速方法包括五个步骤：
步骤1：高频指令由软件在将数据写入flash之前或者预读一遍flash数据来统计，并将其存放在高频指令缓存区。
步骤2：根据最近最少用算法LRU(least-recently used)，加速缓存控制器将预取的flash数据存放在预取数据模块中。预取数据模块分两部分：顺序预取模块，LRU替换模块。加速缓存控制器预取数据模块有空值时会自动从flash取数，并存放在预取数据模块的空闲位置。
步骤3：CPU访问flash数据时优先从预取数据模块中读取。对于CPU访问顺序预取模块和LRU替换模块没有优先级区别。。
步骤4：当CPU访问的数据不在预取数据模块中时，保存当前跳转指令，同时重新从flash读取数据。由于需要重新从flash读取数据并且flash访问速度较慢，所以CPU访问要***等待周期。
步骤5：根据最近最少使用算法将从flash读取的数据存入预取数据模块中，从flash读取的数据先存放在顺序预取模块，同事根据存储算法算法用顺序预取模块的数据替换掉LRU替换模块的数据。循环步骤2～5。
附图说明
图1降低功耗提升性能的flash加速方法方框图；
图2一般flash读时序图；
图3flash加速读时序图
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
本发明的降低功耗提升性能的flash加速方法方框图如图1所示，包括flash、数据流控制模块、加速缓存控制器、flash控制、总线接口、擦写模块等模块。
降低功耗提升性能的flash加速方法时序图如图2、图3所示，其中图2有延时的flash读时序图，图3flash加速时序图。
通过下面五个步骤实现：
步骤1：高频指令由软件在将数据写入flash之前或者预读一遍flash数据来统计，并将其存放在高频指令缓存区。
步骤2：根据最近最少用算法LRU(least-recently used)，加速缓存控制器将预取的flash数据存放在预取数据模块中。预取数据模块分两部分：顺序预取模块，LRU替换模块。加速缓存控制器预取数据模块有空值时会自动从flash取数，并存放在预取数据模块的空闲位置。
步骤3：CPU访问flash数据时优先从预取数据模块中读取。对于CPU访问顺序预取模块和LRU替换模块没有优先级区别。。
步骤4：当CPU访问的数据不在预取数据模块中时，保存当前跳转指令，同时重新从flash读取数据。由于需要重新从flash读取数据并且flash访问速度较慢，所以CPU访问要***等待周期。
步骤5：根据最近最少使用算法将从flash读取的数据存入预取数据模块中，从flash读取的数据先存放在顺序预取模块，同时根据存储算法算法用顺序预取模块的数据替换掉LRU替换模块的数据。循环步骤2～5。

Claims (6)

1.一种芯片降低功耗提升性能的FLASH加速方法，其特征在于，主要包括步骤：
步骤1、加速缓存控制器将flash中高频使用到的指令存放在高频指令缓存区；
步骤2、根据最近最少用算法LRU(least-recently used)，加速缓存控制器将预取的flash数据存放在预取数据模块中；
步骤3、CPU访问flash数据时优先从预取数据模块的buffer中读取；
步骤4、当CPU访问的数据不在预取数据模块中时，保存当前跳转指令，同时重新从flash读取数据；
步骤5、根据最近最少使用算法将从flash读取的数据存入预取数据模块中，循环步骤2～5。
2.根据权利要求1所述的一种芯片降低功耗提升性能的FLASH加速方法，其特征在于，所述步骤1：在加速缓存控制器将flash中高频使用到的指令存放在高频指令缓存区：
其中，高频指令由软件在将数据写入flash之前或者预读一遍flash数据来统计，并将其存放在高频指令缓存区。
3.根据权利要求1所述的一种芯片降低功耗提升性能的FLASH加速方法，其特征在于，所述步骤2：根据最近最少用算法LRU(least-recently used)，加速缓存控制器将预取的flash数据存放在预取数据模块中：
其中，预取数据模块分两部分：顺序预取模块、LRU替换模块，加速缓存控制器预取数据模块有空值时会自动从flash取数，并存放在预取数据模块的空闲位置。
4.根据权利要求1和3所述的一种芯片降低功耗提升性能的FLASH加速方法，其特征在于，所述步骤3：CPU访问flash数据时优先从预取数据模块中读取：
其中，对于CPU访问顺序预取模块和LRU替换模块没有优先级区别。
5.根据权利要求1所述的一种芯片降低功耗提升性能的FLASH加速方法，其特征在于，所述步骤4：当CPU访问的数据不在预取数据模块中时，保存当前跳转指令，同时重新从flash读取数据：
其中，由于需要重新从flash读取数据并且flash访问速度较慢，所以CPU访问要***等待周期。
6.根据权利要求1和3所述的一种芯片降低功耗提升性能的FLASH加速方法，其特征在于，所述步骤5：根据最近最少使用算法将从flash读取的数据存入预取数据模块中，循环步骤2～5：
其中，从flash读取的数据先存放在顺序预取模块，同时根据存储算法算法用顺序预取模块的数据替换掉LRU替换模块的数据。
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