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针对有内存管理单元（MMU）的处理器设计的一些桌面操作系统(如Windows、Linux)都使用了虚拟存储器的概念，虚拟内存地址被送到MMU。在这里，虚拟地址被映射为物理地址，实际存储器被分割为相同大小的页面，采用分页的方式载入进程。一个程序在运行之前，没有必要全部装入内存，而是仅将那些当前要运行的部分页面装入内存运行。大多数嵌入式系统是针对没有MMU的处理器设计的，因此不能使用处理器的虚拟内存管理技术，而采用实存储管理策略，从而对内存的访问是直接的。它对地址的访问不需要经过MMU，而是直接送到地址线上输出，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址。而且，大多数嵌入式操作系统对内存没有保护，各个进程实际上共享一个运行空间。一个进程在执行前，系统必须为它分配足够的连续地址空间，然后全部载入主存储的连续空间。从编译内核开始，开发人员必须告诉系统，这块开发板到底拥有多少内存；在开发程序时，必须考虑内存的分配情况并关注应用程序需要运行空间的大小。另外，由于采用实存储器管理策略，用户程序同内核以及其他用户程序在一个地址空间，程序开发时要保证不侵犯其他应用程序的地址空间，不破坏系统的正常工作，使程序正常运行。因而对内存操作要格外小心。由此可见，开发者不得不参与系统的内存管理，否则系统的效率和性能都不能令人满意。开发者可以用一个内存管理器来帮助管理内存，可以借鉴流行操作系统对内存池（pool）中块（block）进行管理的思想。访问时先寻找对应的块，然后对物理地址进行页的解码，进而是行解码，最后是列解码和根据图像处理系统处理大量数据的特点，对数据在内存中的布局进行规划。即同一块中使连续访问的数据在同一页；在同一页的数据，尽量安排在同一行，减小内存访问延迟，以便对性能进行改善。同时，内存块间相对位置也用同样的方法进行规划，使得块间的转换也尽快完成。本文采用遗传算法，同时对内存数据存储进行页、行、列的规划，对块间相对位置也进行了规划。 1 内存规划
流行的操作系统对内存访问的基本方式是支持快速缓存，执行的过程是把要访问的地址整行拷贝到缓存区，先进行页解码和行解码，然后进行列解码并根据读写信号进行选择。目前嵌入式系统中使用的DRAMs都支持高效内存访问模式，还特别支持流行的页(page)访问模式和区间(burst)访问模式（相当于以列为主的访问）。这种访问模式消耗的能量低于随机访问方式，例如，IBM′s Cu-11 Embedded DRAM macro支持的随机访问时间是10ns，而块中页访问的时间是5ns，电流分别是60mA/MB和13mA/MB。所以，充分利用内存访问模式的特点可以改变嵌入式系统的性能。
为了说明本文的规划思想，假设内存中有如图1所示的变量a，b，c，d，e，f，g，h。若要访问内存中变量的次序为acacebdbefgfdah，则根据图1中内存存放的次序，可以计算出访问延迟的时间。如果页间访问延迟时间是5个时钟周期，记为Delay(P)=5cycles，则在同页中行间访问延迟Delay(R)=3cycles，同行中列间访问延迟Delay(C)=1cycles。根据图1(a)和图1(b)中两种存储模式，可以分别计算出如图2所示的两种内存存储方式下内存访问延迟时间：Latency(a)=47cycles，Latency（b）=29cycles。 |
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