[发明专利]非易失处理器备份容量设定、内存备份方法及系统

说明书

本发明公开了非易失处理器备份容量设定、内存备份方法及系统；将原二进制程序反汇编成反汇编程序，依据反汇编程序中指令的先后关系建立程序控制流程图CFG；CFG是control flow graph的缩写；依据控制流程图CFG建立整个程序的拓扑序列表Seq，依据拓扑序列表Seq的拓扑顺序对每一条指令进行栈版本分析；输出存储整个程序的栈版本表SL和每条指令的栈的版本集合SVS；建立剩余能量分配模型；依据剩余能量分配模型进行可行备份点选择；设计栈备份所需的非易失存储器NVM空间；利用启发式算法来确定备份标签的位置：备份标签的作用是为了接收到能量警告信号后，先让程序继续执行，直到遇到标签再触发备份操作。

技术领域

本发明涉及嵌入式系统(Embedded System)领域，尤其涉及非易失处理器备份容量设定、内存备份方法及系统。

背景技术

物联网系统(cyber physical systems,简称CPS)作为计算进程和物理进程的统一体，是集成计算、通信与控制于一体的智能系统。像医疗网络物理系统(MCPS)作为CPS的一个类别，它涉及到传感器，嵌入式软件和网络能力等，而且需要开发可穿戴技术。可穿戴技术使得像血压、体温等测量仪器可方便携带，使用户能够及时监测自己的健康状态。人们希望可穿戴设备设计得体积和重量都很小，以方便随身携带。在可穿戴设备中，电池不再是具有优势的供电方式，因为电池往往存在体积大、重量大、安全健康危险、需频繁充电等缺点，因此，研究人员现在正积极寻求一些替代能源。在所有可能的解决方案中，能量采集(自供能)是满足可穿戴设备的尺寸和功率要求的最有前途的技术之一。

能量采集器是周围的环境中获得能量，比如动能、电磁辐射(包括光和RF)、热能等，并通过使用一些能量转换技术实现对设备的电容进行充电，再对电子设备进行供电。这些能够利用外界条件实现自己给自己充电的嵌入式系统，称为自供能系统；这类嵌入式设备，称为自供能设备(仪器)。由于自供能系统特殊的供电方式，导致他们都有一个固有的缺点，就是能量的不稳定性。因为能量不稳定就会使得整个系统会频繁中断，从而导致性能严重下降。可能存在的最坏的情况就是系统中的大型任务永远不会完成。由于目前处理器中存储单元均为易失性存储，断电后存储内容会丢失，因此每次掉电后任务都需要重新从头开始执行。

非易失存储器(non-volatile memory，简称NVM)是指当电源关掉后,所存储的数据不会消失的计算机存储器，所以基于NVM的非易失处理器(non-volatile processors，简称NVP)，就能解决自供能系统中每次掉电任务需重新从头开始运行的问题。如图1所示，当每次发生掉电时，处理器中的内容，都将保存到NVM中做好备份，当下次供电恢复时，再从NVM中将备份内容拷贝到处理器中，恢复程序之前的状态，然后接着继续执行下去。

NVP系统的一般系统架构如图2所示，从周围的环境中采集的能量为整个系统供电。在NVP系统中同样有专门存储能量的单元如电容器，当电源不足时，利用电容器中的剩余能量将处理器中的需保存的内容备份到非易失性存储器中。那么，在非易失处理器的设计中，需要给处理器配备多大的NVM用于备份是一个重要问题。需要备份的内容主要包括寄存器的内容和片上存储器的内容两大部分。一方面，嵌入式系统通常具有少量寄存器，其值在程序执行期间被频繁修改。因此，对于寄存器组，在断电发生时可以全部备份。另一方面，片上存储器比寄存器大得多，如果断电前片上存储器中的内容全部备份，其所需要的性能和能耗开销会很大，同时，保证所有易失逻辑都可以成功备份的安全设计是为处理器添加一块与片上存储同样大小的NVM，这会导致可穿戴嵌入式设备体积和重量的明显增长。因此，减小用于片上存储备份的NVM的容量是提高可穿戴设备便携性及性能能效的有效方式。

发明内容