37、嵌入式系统的低能量关联数据缓存

嵌入式系统的低能量关联数据缓存

1. 引言

现代嵌入式处理器中，数据缓存是提高性能的关键组件之一。通过减少内存访问延迟，数据缓存显著提升了系统的响应速度。然而，随着缓存关联度的增加，其能量消耗也随之上升，这对嵌入式系统的能量预算构成了挑战。嵌入式系统通常具有严格的能量限制，因此如何在不影响性能的前提下降低缓存的能量消耗，成为了研究的热点。

为了解决这一问题，本篇文章提出了一种利用缓存行地址局部性来确定缓存访问所需路径的方法。通过在访问缓存之前确定所需的缓存组，可以减少不必要的能量消耗。这种方法不仅提高了缓存访问的效率，还显著降低了能量消耗，尤其适用于高关联度的缓存。

2. 组确定

2.1 缓存行地址局部性

缓存行地址局部性是指缓存行地址在短时间内重复出现的现象。通过记录这些地址及其对应的缓存路径，可以在未来的访问中快速确定正确的路径，从而减少不必要的访问和能量消耗。这种局部性可以通过一个小的存储设备来利用，该设备在缓存访问之前进行访问。

2.2 组确定单元（WDU）

路径确定单元（WDU）是一个小型的、类似缓存的结构，用于记录之前看到的缓存行地址及其路径信息。WDU在缓存访问前被查询，以确定正确的缓存路径。WDU的设计基于以下几点：

• 条目结构 ：每个条目包含一个地址/路径对和一个有效位。
• 标签部分 ：完全关联，通过缓存行地址进行访问。
• 查找和更新 ：查找类似于缓存操作，更新发生在缓存未命中或WDU