基于ARM的嵌入式系统Bootloader启动流程分析

讲述了基于ARM处理器的嵌入式系统在上电启动后应用程序或操作系统运行前,对处理器及其内部功能模块进行初始化的过程,并结合经过实际验证的代码详细的分析了S3C44B0 Bootloader的运行过程.     

基于威布尔分布的云计算能耗优化模型研究

针对云计算环境中复杂的虚拟机正常运行状态,提出将虚拟机运行看成由硬软件串联的可修复系统,用威布尔分布描述虚拟机硬软件正常运行的方法来建模缓解云计算高能耗问题。运用半马尔科夫过程刻画虚拟机运行过程、Laplace-Stielties变换简化数值计算、Bayesian定理去除限制条件,构建处理器利用率与能耗、性能的关系模型。再结合可修复系统寿命分布理论,调整虚拟机正常运行的威布尔分布函数,得到不同形状参数下处理器运行能耗以及给定任务完成时间,最终分析形状参数、处理器利用率与能耗-性能隐含关系并给出有效降低处理器运行能耗的合理化建议。数值分析表明：增大形状参数比提高利用率更显著降低处理器运行能耗;优化虚拟机配置使得形状参数变大,可以明显降低处理器运行能耗,同时避免云系统性能过度损耗。     

基于VT-x的处理器模式转换机制研究

为降低虚拟化环境中处理器模式转换带来的开销,研究了基于VT-x技术的处理器模式转换机制.根据客户机操作系统在不同阶段的运行状态,分析了相应的处理器模式转换过程.采用客户机操作系统最小等待的基本思想,结合VT-x处理器提供的虚拟机扩展功能,设计出了处理器模式转换的整体流程,分别构造出满足客户机操作系统需求的实模式和保护模式处理器环境,模拟了客户机操作系统的执行过程以及虚拟机监控器对相关事件的处理.实验结果表明,VT-x技术可以有效辅助处理器模式转换,简化虚拟机监控器设计.     

UC/OS-Ⅱ操作系统在ARM处理器上的移植

基于ARM处理器在设计时本身固有的硬件体系结构特点,使其对各操作系统的运行给予最充分的硬件支持。该文论述了UC／OS-Ⅱ在 ARM处理器上的移植方法和在移植过程中涉及的基本问题,以及由ARM处理器的七种模式所带来的移植问题。     

Spec CPU2000基准程序运行路径分析

Spec CPU2000的基准程序被广泛地应用于处理器的设计性能评估。在微处理器RTL级系统评估过程中，需要运行一些性能评估代码来完成系统的评估，因为运行整个基准程序的代价很大，所以都用运行部分代码的方式来获得性能情况。该文利用基准程序的频繁函数提取出微程序的方法，用于微处理器RTL级系统的评估，在函数提取过程中研究函数内部的频繁使用路径，研究了这些最频繁函数中的最频繁使用路径，了解基准程序的运行行为，为处理器的初级阶段的研究提供一些类基准程序，快速评估初级的处理器性能。     

μC/OS-II在ARM处理器上的移植

基于ARM体系结构的处理器因本身固有的硬件结构特点,使其对操作系统的运行提供了充分的硬件支持.本文简单的论述了μC/OS-II操作系统如何在ARM处理器移植.以及移植过程中会涉及到的几个基本问题,如堆栈的设计方法,以及由于ARM处理器的七种模式所带来的移植困扰.     

嵌入式处理器在片调试功能的设计与实现

以龙芯1号处理器为研究对象,探讨了嵌入式处理器中在片调试功能的设计实现方法.通过扩充IEEEP1149.1协议的JTAG测试访问端口（TAP）,并在处理器内部增加控制模块,实现了软件调试断点、调试中断、硬件断点以及单步执行等多种在片调试功能.调试主机只需要通过一根JTAG调试电缆就可以访问目标处理器内部寄存器等各种资源,并控制目标处理器的运行过程,实现了处理器的在片调试功能,大大地方便了软件开发与系统调试.     

移动设备中异构处理器平台的能量优化设计

由于移动设备含有多个传感器,系统往往需要运行连续的感知任务。移动设备中的应用处理器能有效地运行计算密集型任务,而对于连续的感知任务将消耗大量的能量。为了提高移动设备的能量利用率,在包含应用处理器和低功耗处理器的异构处理器上提出了一种异构处理器平台能量优化方法。首先,根据处理器平台的实际能耗和理想能耗提出了能量比例因子。其次,提出了含有两个异构处理器平台的应用程序划分方法。最后,通过模拟器实验验证了该方法的有效性。模拟实验表明,由于将感知任务迁移到低功耗处理器上运行,所提出的优化方法能大大提高移动设备的能量利用效率。     

ARM计算环境下堆芯程序的移植

为了论证国产芯片在堆芯数值计算领域的可行性,对多个堆芯程序在飞腾处理器的ARM通用计算环境中进行了移植,涉及堆芯燃料管理软件的扩散原型程序NACK-R、子通道分析程序CORTH、特征线输运程序OpenMOC和堆芯组件程序KYLIN2。移植过程在ARM计算环境中通过合理的程序代码修订,去除对商业函数库的依赖,且在移植过程中对KYLIN2的特征线循环扫描计算过程引入OpenMP多线程并行,论证单结点多个飞腾处理器核心的并行能力。参照对象Intel商用处理器的频率约为飞腾处理器频率的2倍,堆芯程序移植后的串行运行效率与在Intel计算环境中的串行运行效率差异保持在3~4倍,受限于所使用飞腾处理器型号的缓存大小,部分数据量较大例题的性能差异可能更大。KYLIN2完成多线程并行后计算效率接近在Intel处理器上的串行效率,证明单结点多个飞腾处理器核心能够替换部分堆芯数值计算既有的应用场景。移植结果也表明,混合不同处理器的异构设计,能够在计算资源紧张的情况下充分利用国产硬件,提升计算环境的整体利用效率。     

LSE：一种处理器体系结构软件仿真器开发工具

在现代处理器体系结构设计中,利用软件仿真技术对设计结果进行验证是最重要的方面之一.然而,处理器体系结构仿真器的开发是一个非常困难的过程.主要的困难表现在三个方面:第一,目前用于处理器体系结构仿真器开发的编程语言如C或C 语言都是串行执行的语言,而处理器的各部件是可以并行运行的,使用串行编程语言编程来模拟并行执行的部件需要长时间的、仔细的程序功能与部件功能的匹配工作,并且容易出错;第二,使用串行程序来模拟并行部件的运行,模拟速度很低,并且仿真速度低是处理器体系结构软件仿真器开发领域的瓶颈问题;最后,仿真器仿真结果的可信度低也是一个关键问题.本文首先介绍了一种新的处理器体系结构软件仿真器开发工具,然后深入分析了该开发工具的优点和缺点,最后对该仿真器开发环境提出了改进方案.     

二模冗余MIPS处理器的设计与实现

基于二模冗余技术和FPGA动态部分可重构技术设计了一种二模冗余MIPS处理器。处理器可以在不中断系统运行的同时,使用动态可重构技术修复系统故障;通过对系统内部重要模块设置冗余逻辑,保证了系统的稳定性。这两种技术的使用使得本处理器与其他处理器相比具有更高的可靠性和更长的寿命。处理器系统在Xilinx公司XC5VLX110T开发板的上板测试结果表明,此处理器能正常运行。     

Proto-Perf：快速精确的通用处理器原型系统性能评估方法

性能验证及评估是通用处理器设计实现过程中最重要且必须实施的关键步骤之一.高效的通用处理器原型系统性能评估方法不仅可以帮助处理器设计人员在处理器设计阶段尽早地定位性能设计缺陷,而且还可以在设计流片前验证处理器能否达到性能设计预期.然而,对处理器原型系统进行完整的性能测试需要运行较长的时间,这样巨大的时间开销导致设计人员无法及时进行性能设计分析,进而导致处理器原型系统的性能评估成为整个项目的瓶颈.提出了一种快速精确的通用处理器原型系统性能评估方法Proto-Perf.Proto-Perf性能评估方法使用动态程序分析方法和基本块聚合技术抽取测试程序的特征程序片段进行测试,显著地缩短了性能测试时间.实验结果表明,相比于完整运行SPEC CPU2006 REF数据规模测试程序获得的性能数据,使用Proto-Perf测试得到的性能数据的绝对误差平均达到1.53％,其中最高达到7.86％.并且,对于实验中的每个程序,使用Proto-Perf方法进行测试的时间都明显缩短.     

基于线程级的同时多线程处理器功耗评估

针对同时多线程处理器中每个线程的功耗评估问题,提出一种同时多线程基于线程级的功耗评估方法。该方法可使系统在运行过程中统计出各线程对各部件的详细功耗情况,方便地衡量在多线程运行时各线程所产生的功耗。为同时多线程处理器进行基于功耗已知的线程调度和取指策略研究提供了基础条件。实验结果表明,各线程的功耗之和与总功耗相等。     

μC/OS-Ⅱ在ARM处理器上的移植

基于ARM体系结构的处理器因本身固有的硬件结构特点．使其对操作系统的运行提供了充分的硬件支持．本文简单的论述了μC／OS—Ⅱ操作系统如何在ARM处理器移植．以及移植过程中会涉及到的几个基本问题．如堆栈的设计方法．以及由于ARM处理器的七种模式所带来的移植困扰．     

嵌入式处理器基于SPI引导的RAM自检探讨

介绍了嵌入式处理器在使用基于SPI引导方式时,如何检查DDR内存,以提高系统的可靠性。对系统的引导过程,包括片内ROM运行、片内RAM运行、DDR内存运行,进行了详细的介绍。对各阶段引导程序数据格式的处理进行细致的分析,并对生产实用化进行了实例验证。     

支持多种闪存启动的U-Boot的实现

分析U-Boot 在 S3C2440A处理器上的引导过程,根据S3C2440A处理器支持Bootloader从NOR Flash和NAND Flash启动的特性和U-Boot从NOR Flash和NAND Flash启动过程的差异,提出一种同时支持NOR Flash和NAND Flash双启动的U-Boot的实现方法。实现的源代码在ARM-Linux交叉编译环境中编译通过,并在基于S3C2440A处理器的开发板上稳定运行。     

动态功率管理技术研究

随着工艺技术的缩减,功耗问题日益严重,低功耗优化技术成了当前研究的一大重点.对处理器的功耗优化可以从设计过程、运行过程和空闲状态来考虑.本文重点研究了处理器在运行时的功率管理技术,即动态功率管理技术.它主要包括动态电压缩减DVS (Dynamic Voltage Scaling)和动态阈值电压缩减DVTS (Dynamic VTH Scaling)的方法,其中DVTS又是通过对衬底偏压的调整来实现阈值电压的调制的.本文重点研究了这两种技术的原理和实现结构,并分析了它们目前的研究和应用.     

一种互补型多处理器系统中OS间通信接口设计

介绍了PXA255、TMS320DM642和SM501嵌入式多处理器的主要特点以及主机接口（Host Port Interface,HPI）的原理。提出了一种基于互补型多处理器系统中操作系统间的通信接口设计方法。以一个集成3个嵌入式微处理器于单板的嵌入式多媒体系统为硬件平台,叙述了运行在数字信号处理器（DSP）上的实时操作系统μC/OS-II 如何通过DSP的HPI与运行在ARM处理器上的Linux操作系统进行任务通信和数据传输的实现过程。     

科学计算应用与流处理器

研究科学计算应用在流处理器上的适用性已成为当前研究热点之一。本文首先分析了流处理器处理科学计算应用的优势以及在流处理器上开发科学计算面临的重大挑战;然后针对不同类型的科学计算应用给出了将科学计算应用映射到流处理器上的关键与优化方法;最后将八种具有不同性能特征的典型科学计算应用映射到流处理器上,并比较和分析这些流程序在时钟精确模拟器运行性能和在处理科学计算应用的相应Fortran程序在主流Itanium 2处理器上的运行性能。实验结果表明,流处理器能有效处理科学计算应用。     

基于系统管理核的龙芯睿频方法

针对龙芯处理器调节自身电压会影响CPU负载的正常运行, 导致处理器无法运行在高压下进而影响高频的稳定运行问题, 提出一种基于系统管理核(system management controller, SMC)的睿频方法, 充分利用系统管理核实时监测并动态调节处理器核的电压和频率. 同时, 为保证系统管理核程序运行的实时性以及其与处理器核之间的快速通信, 在其系统程序中搭载RT-Thread实时操作系统并设计“Service Request”核间通信协议; 结合动态调频调压模块和自动化温度控制模块, 实现系统管理核对处理器核频率、电压与温度的统一管理. 龙芯3A4000处理器的实验数据表明, 该方法有效且可靠, 处理器在整体功耗增加了25.5%的情况下, 综合性能提升最高可达34.2%.