赵广佩 曾宪彬

杭州电子科技大学通信工程学院，杭州 310018

引言

随着半导体技术和集成电路产业的发展，嵌入式系统硬件的功能越来越强，支持的应用范围也越来越广，其核心处理器的频率也是越来越高。虽然随着处理器频率的增高，系统性能也在提升；但是这也带来了一系列的问题，比如：能耗、线干扰和线延迟等。而这些问题已严重影响了嵌入式系统性能的提高，因此，在嵌入式系统设计中使用多处理器片上系统（MPSoC: Multi-Processor System-on-Chip）已经成为未来的一种趋势[1]。另外，由于嵌入式系统是“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”，它强调的是面向具体应用的性能最优，而MPSoC的片上存储器与其面积、能耗、性能等几个关键因素直接相关，并且已经成为嵌入式系统性能提升的瓶颈[2]。因而，如何设计嵌入式MPSoC的片上存储器，使得它对具体应用最优，已经成为一个亟待解决的关键问题。

1 片上存储器的构成

片上存储器是嵌入式存储系统中一个至关重要的层次，它主要是为解决处理器和片外存储器之间速度不匹配的问题而设计的。图1给出了嵌入式存储系统的层次结构。

从图1中可以看出，沿着存储层次自顶向下，存储器的单位成本降低，存取时间增大，存取能耗增大，访问频度降低，容量增大。寄存器处在最顶层，位于处理器内核中，提供最快的存储访问速度。接下来一层仍然在芯片内部，主要包括SPM(Scratch-Pad Memory)和Cache两种，这一层就是本文要重点研究的片上存储器。再往下就是板级存储器，可以分为主存和掉电非易失存储器两层。……