[发明专利]一种针对ARM指令集的层次分类功耗测量方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及嵌入式软件功耗测量技术领域，尤其是涉及一种针对ARM指令集的层次分类功耗测量方法。

背景技术

目前，嵌入式系统在信息家电、智能控制、军事电子等领域得到了广泛的应用。截止2008年底，全世界嵌入式设备的保有量超过了30亿台，且数量继续呈快速增长的势头，每年电力消耗达到1000亿千瓦时以上。在全球倡导“低碳经济”的背景下，嵌入式系统的功耗是一个日益引起人们关注的热点问题，成为嵌入式系统设计的重要考量因素。

HMSim作为一种高精度的指令级嵌入式软件功耗仿真器，可灵活、方便地获得嵌入式软件的功耗值。在HMSim的功耗统计模型中，单条汇编指令以及指令对的功耗测量是构建功耗模型的基础，其精确测量结果对高级语言程序(如C、C++)的功耗分析与优化有着重要的支撑作用。由于ARM指令集的多样性，如256条指令、多种寻址方式、多种立即数、流水线的影响以及指令周期数的不确定性等，因此，对ARM指令集的功耗进行分析与测量存在一定的难度。

1994年，Tiwari等人提出了对软件功耗进行分析的基本概念，并建立了基本的指令集功耗模型。2002年，T K Tan针对指令集功耗测量问题，将指令集分成32类，分别测得每一类指令的基准电流值，将其作为统计指令功耗的基准。但是在功耗统计模型中，又根据值的相近度将32个基准电流值分成四类，用这四类基准值统计相应分类指令的功耗。可以看出，指令集的寻址方式、立即数类型、指令对及流水线对指令的功耗存在较大的影响，将指令集的基准电流值分成四类显得不够精确，误差较大。

发明内容

本文旨在提出一种针对ARM指令集的层次分类功耗测量方法。

本发明解决其技术难题所采用技术方案的步骤如下：

1)首先，将ARM指令集的九类指令归纳为数据处理类、存储加载交换类、状态寄存器访问和跳转类、协处理器指令类四类；

2)其次，根据指令寻址方式对四类指令二次分类，数据处理类指令主要采用立即寻址和寄存器寻址，对存储加载和交换类指令主要采用基址变址寻址和多寄存器寻址，对状态寄存器访问和跳转类指令主要采用相对寻址；

3)然后，根据立即数类型对寻址方式三次分类，立即数类型将影响立即寻址和寄存器寻址，立即数类型可分为四类，每一类对指令功耗和周期数的影响相同，因此，采用等价类划分方法进行测量；

4)经上述分类测量后，将每一种指令不同形式的电流值做加权平均，即为该指令的电流基准值；

5)获得指令的电流基准值之后，使用如下公式计算指令功耗：

Einstr=Iinstr*Vf*aCcycle+Dij]]>

其中，a表示三级流水线对指令周期数的影响因子，I_instr表示单条指令的基准电流值，即单条指令在1个时钟周期内所需的电流值，V表示ARM处理器的电压，f表示ARM处理器的频率，C_cycle表示执行该条指令所需的时钟周期数，D_ij表示指令对功耗；

6)步骤5)公式中C_cycle按照下面的公式计算：

C_cycle＝k₁+2k₂+k₃+k₄

其中，系数k₁，k₂，k₃，k₄＞＝0为整数，分别表示执行一条指令所需内部周期(I)、非连续的周期(N)、连续的周期(S)和协处理器寄存器传输周期(C)四种存储周期的个数；

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：

1)精确性：本发明使用针对ARM指令集的层次分类功耗测量方法，相比与其他人使用的简单分类测量方法，功耗预测的精度得到了较大提升，预测误差在10％以内。