[发明专利]一种嵌入式系统中基于SPM的输入输出缓冲实现方法

说明书

技术领域

本发明属于嵌入式系统技术领域。具体涉及一种嵌入式系统中基于SPM的输入输出缓冲实现方法。

背景技术

SRAM的英文全称是“Static RAM”，翻译过来就是“静态随机存储器”，主要用于制造高速缓冲存储器（cache）。这种静态随机存储器不需要通过定时的刷新电路，就可以保证其存储的内容。与其相对应的DRAM，即“Dynamic RAM”（动态随机存储器）常被用作内存，需要通过定时的刷新电路每隔一段时间对其进行刷新充电，才能保证其内保存的数据不会丢失。但是静态随机存储器的造价和集成度都是限制其大小和使用的因素。

由于静态随机存储器具备较好的读写性能，所以在计算机系统内有它的特定用途。目前静态随机存储器有几种用法：一种是置于中央处理器与主存之间的高速缓存，即为通常所说的高速缓冲存储器；另一种是插在卡槽上作为扩充用的高速缓存。还有为了加速中央处理器内部数据的传送，在中央处理器的内部也设计有高速缓存，所以在奔腾处理器就有一级高速缓存和二级高速缓存的概念，一般一级缓存是建在中央处理器的内部，二级缓存是集成在中央处理器的外部。显然，速度快和不需要定时刷新是静态随机存储器最大的优点，但是也有相应的缺点，就是价格高和体积大，所以在主板上还不能作为用量较大的主存。

由于Cache体系结构的设计主要是为了一般的计算机系统，为提高系统运行表现而设计的。Cache对于传统的多媒体应用程序的数据存取模式的表现非常不尽如人意。在嵌入式计算为目的的很多设计中，人们越来越多的倾向于采用软件管理片内的内存。我们所知道的ScratchPad Memory（简称SPM）存储单元就是软件管理的片内静态随机即存储器单元的一个例子。

其次，虽说Cache和SPM都是用静态随机存储器元件制造而成的，它们的运行行为差异比较大。高速缓冲存储器运行时需要对地址标记位作比较，因此需要消耗大量的片上空间和能耗。为了减少或者避免这种比较过程带来的能耗，引入SPM在节能方面有其先天的优势，因为SPM是软件可编程的，它的行为是由开发人员自行定义的，可以给嵌入式系统降低一定量的能耗。

ScratchPad SRAM存储器作为集成于中央处理器核心上的一类存储器，其读取数据的速度快，可用作处理一些临时的小量的但又会反复“读”和“写”的数据的这么一类存储器。其位于片内（on-chip），相对于位于片外(off-chip)的“内存”而言，读写速度是它的优势；而相对于同样位于片内的高速缓冲存储器（Cache）而言，其软件可控制，用户可控制，是它的特征。

目前市场上的高端处理器芯片很多都集成着这样的片内存储器，它们都用静态随机存储器制成，或作为L1 L2 Cache，或作为SPM，提供给用户开发和使用。比较常见的芯片如英特尔公司的PXA27x系列，就集成了这样的片内存储器，大小一般是256k左右。

SPM一般都是分块（bank）的，而块与块之间的电源管理是相对独立的，即SPM的各块运行时态可能是以下的几种状态：

1. 都保持运行状态；

2. 某一个块保持运行状态，另外的块保持休眠状态；

3. 若干个块保持运行状态，另外的块保持休眠状态；

4. 都保持休眠状态。

而对于SPM的电源管理可以通过设置相应寄存器的位来简单的完成，以此达到尽量的节约运行着的嵌入式系统的能耗，这个设计也是动态随机存储器所达不到的，因为动态随机存储器需要保证其刷新才能保证存储在其中的内容，无法进入休眠状态。

    在嵌入式系统的输入输出子系统中，一般是使用内存作为输入输出数据处理的缓冲，由于内存采用动态随机存储器或者其他慢速外部存储制造，内存的访问速度较慢，能耗也较高。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种能提高输入输出处理速度和降低输入输出处理过程中的存储访问功耗的嵌入式系统中基于SPM的输入输出缓冲实现方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

1）SPM空间划分

SPM空间为M，每个输入输出请求区域的大小为S，则划分完成后形成的输入输出请求区域的个数n为：

n=M/S

输入输出请求区域Si被划分成输入输出请求信息区RRi和输入输出缓冲区RBi，i均为1到n的自然数。

2）嵌入式操作系统改造

在嵌入式操作系统中，将输入输出请求处理代码中原指向内存空间作为输入输出缓冲的地址空间改为指向经过划分的SPM空间。

3）输入输出请求处理