37、嵌入式系统编译、优化与管理技术解析

嵌入式系统编译、优化与管理技术解析

1. 嵌入式系统中的SPM分配策略

在嵌入式系统中，SPM（Scratch Pad Memory）的分配有多种方法，其中混合方法较为独特。它将SPM划分为两块区域，一块由进程共同使用，另一块则为进程提供专属的分配空间，这两块区域的大小通过优化来确定。

一些动态场景下，系统运行时应用程序集合可能会发生变化，这时动态内存管理器就派上用场了。有学者提出基于间接寻址的SPM管理算法，并将其集成到操作系统中，这种方法能将库元素迁移到SPM，即便增加了间接寻址，仍可降低25% - 35%的能耗。若系统有内存管理单元（MMU），就能避免间接寻址带来的额外开销。有技术利用MMU，在编译时将代码段分类，根据是否适合分配到SPM分别处理。当首次访问相关代码时会触发页错误，进而调用SPM管理器进行空间分配和释放操作以及地址转换表的更新。不过，当前SPM的大小在页表中占比小，导致分配粒度较粗。

SPM分配还涉及架构和目标两个维度。架构上，除常见的单核单内存层单SPM系统，还有缓存与SPM并存的混合系统，可通过合理分配SPM空间减少缓存缺失。不同的内存技术如闪存和非易失性RAM也各有特点。此外，SPM可能在多核间共享，内存也存在多级层次。还有研究提出基于整数线性规划（ILP）的方法解决此类分配问题。目标维度上，除了常见的能耗和运行时间最小化，还可考虑最坏情况能耗、可靠性、耐久性以及避免内存过热等目标。

2. 实时软件编译与定时分析的融合

目前大多数编译器没有集成定时模型，实时软件开发通常采用迭代方法。先使用不考虑定时信息的编译器编译软件，再用定时分析器分析生成的代码。若不满足定时约束，就需更改编译器输入并重复该过程，这种“试错