随着集成电路进入深亚微米和纳米级工艺阶段，嵌入式微处理器系统的功耗问题已经成为制约新一代微处理器系统发展最主要的因素之一。Cache技术是基于程序的局部性原理，为缓解主存与处理器的速度不匹配而引入的，是优化计算机系统性能的关键技术。同时，Cache的功耗也占到了整个嵌入式微处理器系统功耗的一半左右。因此，设计高性能、低功耗的Cache结构对提高整个嵌入式系统性能和降低系统功耗有着重大的意义。可重构技术是目前备受关注的一种Cache低功耗技术。它基于资源合理分配原则，使Cache具有可变的配置参数集，并根据应用程序对资源的需求情况配置Cache结构，使Cache资源得到有效的利用。建立在可重构技术之上的自适应Cache重构算法能够动态统计Cache的行为和性能信息并根据这些信息在程序运行时动态地改变Cache的配置，进而在保证性能的前提下，有效地降低Cache功耗。本文针对嵌入式系统环境，提出了两种自适应Cache重构算法。这两种算法都利用状态机在程序运行过程中动态分析程序的局部性特征，根据程序变化，动态配置Cache的容量和相联度。第一种算法是利用程序跳转频率作为程序特征的监测参数，以此判断重构时机，然后根据Cache访问缺失率情况，运用优化的结构搜索方法在最短时间内找到该段程序最合适的匹配结构。这种算法比第二种算法更容易实现。经实验仿真发现，相比传统固定Cache结构，该方案可以平均降低约39%的功耗。第二种算法改进了第一种算法，摒弃了第一种算法中采用程序跳转率作为衡量程序特征是否变化的参数，加入了程序工作集的思想，通过分析指令工作集签名来判断程序段是否发生了变化，这使程序段的特征变化监测更加精确，有效减少了冗余重构和错失重构的次数。实验仿真发现，相比传统固定Cache结构，该方案可以平均降低约64%的功耗，最大可降低68%。同样地，该算法最大能减小96%的Cache缺失率并能减少3%的应用程序运行时钟周期数。