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便笺式存储器(Scratchpad Memory,SPM)属于片上存储器,它位于cache层并且可以由软件进行控制,但由于传统SPM中的SRAM存在着扩展性差、存储密度小、静态能耗高等问题,严重地影响系统性能。非易失性存储器(Non-volatile Memory,NVM),具有匹敌传统存储器的读取速度、超低的静态能耗以及高密度存储优势,被视为有希望取代传统存储器的新型存储器,但其单层单元(Single-level Cell,SLC)存储密度低,多层单元(Multi-Level Cell,MLC)访问性能弱等缺点成为了取代传统存储器的一大阻碍。为了解决上述的诸多问题,论文利用NVM中SLC/MLC两种存储单元间的互相转换,以及两种存储单元在性能和存储容量方面的互补优势,实现可变SPM的新型存储架构。设计了任务分配算法以及数据分配算法,以达到任务集在满足实时性要求的同时系统能耗开销小的目标。论文主要工作包括:1.基于SLC/MLC的可变SPM结构,提出一种基于可变SPM的离线实时任务分配算法。该算法利用profiling工具对任务的读写情况进行统计,根据每个任务的读写特性,结合NVM SLC/MLC两种存储单元的相互转换,利用两种存储单元在性能和存储容量方面的互补优势构建了一种可根据任务集的需求动态可变的新型SPM架构。考虑新型架构中各种存储介质的访问开销、存储大小以及实时性等约束条件,构建整数线性规划模型,设计近似最优算法,使得任务集在得到实时性保证的情况下达到能耗最低的目的。2.基于SLC/MLC的可变SPM结构,提出一种变量级数据分配策略,其具有更细的粒度和更优的系统性能。根据任务中具体变量的读写特性,考虑到不同存储介质的访问性能有所差异,将数据分配问题构建成ILP(Integer Linear Programming)模型,并提出最优的变量级数据分配算法,在任务分配的基础之上进一步降低数据的访问能耗,从而优化系统性能。3.利用模拟器模拟了基于SLC/MLC可变SPM架构的系统并进行实验,实验结果表明以上两种优化算法都能够有效降低系统的能耗开销,并且保证任务集在系统中的实时性。论文中,我们利用了非易失存储器NVM的特性,研究实时任务分配以及数据分配策略,以促进嵌入式存储系统的发展,使NVM替代传统存储器成为可能。