在嵌入式设备中片上存储器的有效使用方法

2 片上数据的存储器分配

　　C55x除了读指令的地址、数据总线外，还有3条用于从存储器读操作数的地址、数据总线，2条写操作数到存储器的地址、数据总线。CPU在1个周期内可完成多个操作数的读写，由于每个DARAM块或SARAM块的访问能力有限，这些操作数位于适当的DARAM或SARAM块内，才能在单周期内完成多个数据的读入或者数据的同时读写，而不产生延迟。

2.1 指令代码的分配

　　应用程序的指令代码可以存储在片外存储器，通过指令Cache进行访问，可以减少CPU读指令代码与CPU读／写片上存储器内数据的冲突，同时将空余更多的片上存储器空间用于数据分配。若存储程序代码和数据所需的存储器容量总和小于片上存储器容量，那么将代码分配到片外存储器与代码数据全部分配到片上存储器相比，性能降低大约10％。因此当代码和数据总和小于片上存储器容量时，应该全部分配到片上存储器。通常程序代码仅供CPU读取，并不修改；而数据经常需要同时读写，因而应尽量将代码存储在SARAM内，以便将访问能力更强的DARAM用来存储数据。在单个CPU周期内，SARAM仅有一次访问能力，同时读取指令和数据必然产生延迟，为了保证读取数据时不产生延迟，数据不能与访问这些数据的代码存储在同一SARAM块内。也就是说，当程序代码大小不是刚好整数个块时，可通过调整代码或者数据的存储器分配，避免CPU读代码与读／写数据发生冲突。

2．2 数据分配

　　前面已经讨论过变量和常数的分配，这里主要讨论的耗时较多的矩阵运算，通常口丁以用C语言或者汇编语言编写应用程序，C语言编译后可产生汇编代码。在汇编语言的代码中，找到处理矩阵操作数的指令，依次列举这些指令不产生延迟的矩阵分配限制，并求解满足这些限制条件的片上存储器分配。

不产生延迟的约束条件可分成两类基本约束条件：

　　①两变量位于DARAM块内或者两变量位于不同的块内，记为条件A(这是由SARAM块或者DARAM块访问能力产生的限制)；②两变量位于不同的块内，记为条件B(这是由CPU总线的特殊结构产生的限制)。其中条件A中的两变量可在同一DARAM块内；或者不同的SARAM块内；或者一个变量在DARAM内，另一个在SARAM内。条件B指的是两变量在不同的DARAM块内；或者在不同的SARAM块内；或者一个变量在DARAM块内，另一个在SARAM块内。条件A可看成是两种条件的逻辑“或”关系：

　　A=B Or C
　　其中，条件C定义为两变量都位于DARAM块内。循环中的操作数一般表现为矩阵的一个元素，在一个应用程序中，通常有多个矩阵，矩阵中的元素应同时满足多个上述基本条件。当矩阵较多，限制条件复杂时。可以使用计算机求解数据存储器分配，以满足矩阵访问不产生延迟的条件。在这里，只需要求出满足条件的一个解，并不需要求出所有可能的解，因而对求解问题做一定的简化。

　　设x、y分别是矩阵X、Y的某一个元素，X、Y位于不同的块内是x、y位于不同的块内的充分条件；同样X、Y都位于DARAM内或者不同的块内是x、y都位于DARAM内或者不同的块内的充分条件。例如，X位于DARAM块，Y矩阵部分位于与X相同的DARAM内，其余位于SARAM内，也能使x、y满足条件A。
　　例如：N个矩阵需要同时满足N1个A类条件和N2个B类条件。从每个A类条件中任选一个条件(B或者C)，最多有2N1个组合。每种组合与N2个B类条件联立求解，其中某些组合可能没有解，任意一个解都能满足不产生延迟的条件。这时任何一种组合中可能包含M(O≤M≤N1)个C类条件，其余的为B类条件。

　　C类条件是两个矩阵必须在DARAM块，将需要满足C类条件的所有矩阵存储器的大小相加，相同的矩阵不重复累加，结果为需要分配到DARAM的矩阵总数量。当结果超过可得到的片上DARAM数量时，这种条件组合下就没有解。

　　每个B类条件要求某两个矩阵必须在不同的块内，由于存在多个B类条件，事实上可能要求多个矩阵相互不在同一个块内。例如，要求矩阵A1和A2不在同一块内，矩阵A3和A1不在同一块内，矩阵A3和A2不在同一块内，这实际上是要求A1、A2、A3相互不在同一块内。若有一组矩阵，其中任何两个矩阵都必须分配在不同的存储器块内，称为“B类约束矩阵组”。若不存在一个矩阵，要求与某个B类约束矩阵组中的所有矩阵都存在B类约束关系，则称这个组为“最大B类约束矩阵组”。最大B类约束条件矩阵组中的矩阵数目就是分配这些矩阵所需的最少的存储器块数。把矩阵数最多的最大组中的各个矩阵分配到不同的存储器块中，然后按照B类约束矩阵组中矩阵数从多到少的顺序分配这个组中尚未分配的矩阵，对于具有相同矩阵数的组，则先分配未分配矩阵较少的B类约束矩阵组中的矩阵，若B类约束的矩阵同时存在C类限制，则分配到DARAM上；否则优先分配到SARAM上。若SARAM上没有足够的空间，再分配到DARAM上。最后在DARAM 上分配C类约束条件中的尚未分配的矩阵。

3 总结

    　上述数据存储器的分配方法只考虑了C55x中数据分配的主要方面，还有一些因素尚未涉及。例如长整型数据的分配就必须考虑数据存储器地址的对齐问题，这时数据分配的求解变得更加复杂。可以将矩阵短整型的个数规定为偶数，以简化对齐问题，所以卜述求解方法仍具有普遍的实用意义。