一种具有自学习功能的快速启动低功耗计算机片上系统技术方案

本发明专利技术涉及计算机技术领域，具体涉及一种计算机片上系统。一种具有自学习功能的快速启动低功耗计算机片上系统，包括中央处理器、片上混合高速缓存器，中央处理器连接片上混合高速缓存器；片上混合高速缓存器包括片上非易失性存储器，片上混合高速缓存器还包括片上高速缓存器；片上混合高速缓存器连接片外的主存储器、外部大容量非易失性存储器；所述一种具有自学习功能的快速启动低功耗计算机片上系统还配置一系统监控统计模块，系统监控统计模块获取操作系统启动信息和/或热应用程序信息，配置加载至片上非易失性存储器中。本发明专利技术在保持系统高性能的基础上节省操作系统上电和热应用程序启动时间，并降低数据从外部非易失性存储器导入内部存储器给中央处理器读取的功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种具有自学习功能的快速启动低功耗计算机片上系统
本专利技术涉及计算机
，具体涉及一种计算机片上系统。
技术介绍
就硬件系统而言，大多数计算机主要采用两种体系结构，分别为冯诺依曼结构和哈佛结构。冯诺依曼结构的系统架构如图1所示，其中片上系统（SystemonChip，SoC）5，包括中央处理器（CPU）1和片上高速缓存器（cache）2。片上系统5连接片外的主存储器（mainmemory）3和外部非易失性存储器4。中央处理器1通过系统总线可以直接访问片上高速缓存器2和主存储器3。存放在外部非易失性存储器4中的数据或指令，先要经过外部互联总线导入主存储器3中，然后从主存储器3导入片上高速缓存器2中，存在片上高速缓存器2中的指令或数据再被中央处理器1直接访问。主存储器3和片上高速缓存器2主要采用易失性存储器，断电后信息全部丢失。主存储器3一般采用动态随机存储器（DRAM），由于主存储器3的速度相比中央处理器1频率要慢的多，如果所有的数据和指令都存储在主存储器3中，将严重影响系统的性能。片上高速缓存器2是用于减少中央处理器1访问主存储器3所需平均时间的存储部件，片上高速缓存器2一般由静态随机存储器（SRAM）构成，在如图2所示的金字塔式存储体系中，存储部件自顶向下容量越大，速度越慢，价格越低。片上高速缓存器2位于自顶向下的第二层，仅次于中央处理器的寄存器11，其容量远小于主存储器3，但速度却可以接近中央处理器1的频率。当中央处理器1发出主存储器3访问请求时，会先访问片上高速缓存器2内查看是否有请求数据。如果存在或命中，则不经访问主存储器3直接返回该数据；如果不存在或失效，则要先把主存储器3中的相应数据载入片上高速缓存器2，再返回中央处理器1。外部非易失性存储器4主要是指硬盘、闪存等，也包括光盘、智能卡等存储部件，其容量大且掉电以后信息不丢失，但是读取速度低。中央处理器1要读取外部非易失性存储器4中的内容，需要通过外设接口总线先将数据或指令导入主存储器3中，中央处理器1再对主存储器3中的数据或指令进行操作。外设接口总线的速度要远小于系统总线的速度，所以中央处理器1对片上高速缓存器2和主存储器3的读取速率要远大于外部非易失性存储器4读取速率。哈佛结构是一种基于冯诺依曼体系的并行体系结构，但其采取将指令存储和数据存储分开的存储器结构，如图3所示，与图1所示的冯诺依曼结构相比，片上高速缓存器2被拆分为片上指令高速缓存器6，片上数据高速缓冲器7以及片上共享高速缓存器8，其特点是把指令和数据分别存储在不同的存储空间，即指令存储器和数据存储器是两个独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。与冯诺依曼结构类似，存放在外部非易失性存储器4中的数据或指令，先要经过外部互联总线导入主存储器3中，然后从主存储器3导入片上共享高速缓存器8中。所不同的是，片上共享高速缓存器8中的指令要通过独立的片上高速缓存器指令总线11传送至片上指令高速缓存器6，中央处理器1再通过系统指令总线9访问片上指令高速缓存器6中的指令；片上共享高速缓存器8中的数据要通过独立的片上高速缓存器数据总线12传送至片上数据高速缓存器7，中央处理器1再通过系统数据总线10访问片上数据高速缓存器7中的数据。不论是冯诺依曼结构或者哈佛结构，主存储器3和片上高速缓存器2都是易失性存储器，掉电以后信息丢失，所以系统每一次上电或被唤醒，操作系统启动信息都必须从外部非易失性存储器4中导入主存储器3中，然后再导入片上高速缓存器2中，再被中央处理器1读取。虽然每次上电中央处理器1处理的信息几乎都是一样的，但是由于片上高速缓存器2和主存储器3都是易失性的，每次上电不得不重复将操作系统启动信息从外部非易失性存储器4导入内部存储器3及片上高速缓存器2中，这样的传输过程速度非常慢，且功耗很高，操作系统也不能快速启动。对应用程序来说，无论是否是用户最为经常使用的，只要主存储器3和片上高速缓存器2中没有该程序的有用数据或指令，每次系统调用该应用程序时，和该程序相关的指令和数据都需要从外部非易失性存储器4调入主存储器3中，继而载入片上高速缓存器2。另外，用户在某段时间内会频繁使用某一程序，我们将用户最经常使用的应用程序称之为“热应用程序”，例如系统上电，操作系统启动后，用户调用各个应用程序的顺序如图4所示。系统先调用热应用程序R，处理完后又分别处理应用程序Ａ和应用程序B，之后热应用程序R又被系统调用，且热应用程序R在接下来的整个上电操作过程中是被用户调用启动最多的应用程序。假设片上高速缓存器2所能存储的容量有限，只能存放一至两个应用程序信息，具体执行过程为：操作系统启动后，需要从外部非易失性存储器4中将热应用程序R导入至主存储器3再导入片上高速缓存器2，然后外部非易失性存储器4中将应用程序A导入至主存储器3再导入片上高速缓存器2并替换片上高速缓存器2中部分热应用程序R，之后从外部非易失性存储器4中将应用程序B导入至主存储器3再导入片上高速缓存器2并替换片上高速缓存器2中部分应用程序A或部分热应用程序R，之后又调用热应用程序R，注意，虽然热应用程序R之前已经导入过片上高速缓存器2，但是已经被随后加载的应用程序替换了，所以又不得不重新从主存储器3中导入至片上高速缓存器2。随着导入的次数不断增加，功耗也会越来越大。从上面的过程看，不论是系统每次上电启动还是热应用程序加载过程，中央处理器1总是需要将操作系统启动程序或热应用程序从外部非易失性存储器4载入主存储器3，再导入片上高速缓存器2，存在速度慢，功耗大的缺点，而且随着系统运行时间和次数越来越大，伴随着电子器件的损耗，系统性能会逐渐下降，如果维持功耗不变，系统运行速度会越来越慢，如果保持运行速度不变，功耗会越来越高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种具有自学习功能的快速启动低功耗计算机片上系统，解决以上技术问题；本专利技术的目的还在于，提供一种具有自学习功能的快速启动低功耗计算机片上系统的工作方法，解决以上技术问题。本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：本专利技术提供一种具有自学习功能的快速启动低功耗计算机片上系统，所述片上系统（5）包括中央处理器（1）、片上高速缓存器（2），其中，还包括一片上混合高速缓存器（15），所述中央处理器（1）连接所述片上混合高速缓存器（15）；所述片上混合高速缓存器（15）包括片上非易失性存储器（13），所述片上混合高速缓存器（15）还包括所述片上高速缓存器（2）；所述片上系统还配置一系统监控统计模块（14），所述系统监控统计模块（14）获取操作系统启动信息和/或应用程序的热信息，配置并加载至所述片上非易失性存储器（13）中。优选地，所述系统监控统计模块（14）包括一计数模块、一判断模块，所述计数模块对系统每次启动时最先加载的操作系统启动信息进行统计；所述判断模块依据第一设定规则从所述操作系统启动信息选取第一阶段程序配置至所述片上非易失性存储器（13）中。优选地，所述系统监控统计模块（14）包括一计数模块、一判断模块，所述计数模块对每个应用程序的加载频率进行统计，所述判断模块依据第二设定规则从应用程序的热信息中选取热信息A配置至所述片上非易失性存储器（13）中。优选地，所述系统监控统计模块（14）每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有自学习功能的快速启动低功耗计算机片上系统，所述片上系统（5）包括中央处理器（1）、片上高速缓存器（2），其特征在于，还包括一片上混合高速缓存器（15），所述中央处理器（1）连接所述片上混合高速缓存器（15）；所述片上混合高速缓存器（15）包括片上非易失性存储器（13），所述片上混合高速缓存器（15）还包括所述片上高速缓存器（2）；所述片上系统还配置一系统监控统计模块（14），所述系统监控统计模块（14）获取操作系统启动信息和/或应用程序的热信息，配置并加载至所述片上非易失性存储器（13）中；优选地，所述系统监控统计模块（14）每隔一设定时间间隔对所述片上非易失性存储器（13）中的内容进行更新；优选地，所述片上非易失性存储器采用相变存储器，所述相变存储器的存储单元采用基于一个二极管和一个相变电阻的结构或采用基于两个二极管和两个相变电阻的结构；优选地，所述系统监控统计模块（14）包括一计数模块、一判断模块，所述计数模块对系统每次启动时最先加载的操作系统启动信息进行统计；所述判断模块依据第一设定规则从所述操作系统启动信息选取第一阶段程序配置至所述片上非易失性存储器（13）中；和/或，所述计数模块对每个应用程序的加载频率进行统计，所述判断模块依据第二设定规则从应用程序的热信息中选取热信息A配置至所述片上非易失性存储器（13）中。...

【技术特征摘要】
1.一种具有自学习功能的快速启动低功耗计算机片上系统的工作方法，其特征在于，应用于一种具有自学习功能的快速启动低功耗计算机片上系统，所述片上系统(5)包括中央处理器(1)、片上高速缓存器(2)，其特征在于，还包括一片上混合高速缓存器(15)，所述中央处理器(1)连接所述片上混合高速缓存器(15)；所述片上混合高速缓存器(15)包括片上非易失性存储器(13)，所述片上混合高速缓存器(15)还包括所述片上高速缓存器(2)；所述片上系统还配置一系统监控统计模块(14)，所述系统监控统计模块(14)获取操作系统启动信息和/或应用程序的热信息，配置并加载至所述片上非易失性存储器(13)中；所述系统监控统计模块(14)每隔一设定时间间隔对所述片上非易失性存储器(13)中的内容进行更新；所述片上非易失性存储器采用相变存储器，所述相变存储器的存储单元采用基于一个二极管和一个相变电阻的结构或采用基于两个二极管和两个相变电阻的结构；所述系统监控统计模块(14)包括一计数模块、一判断模块，所述计数模块对系统每次启动时最先加载的操作系统启动信息进行统计；所述判断模块依据第一设定规则从所述操作系统启动信息选取第一阶段程序配置至所述片上非易失性存储器(13)中；和/或，所述计数模块对每个应用程序的加载频率进行统计，所述判断模块依据第二设定规则从应用程序的热信息中选取热信息A配置至所述片上非易失性存储器(13)中；所述系统监控统计模块(14)获取操作系统启动信息时，所述工作方法包括，操作系统启动步骤，操作系统启动信息划分为第一阶段程序和第二阶段程序，具体步骤如下：步骤s11，系统监控统计模块(14)获取操作系统启动信息的步骤；步骤s12，依照第一设定规则从操作系统启动信息中选取第一阶段程序，将所述第一阶段程序配置至片上非易失性存储器(13)当中的步骤；步骤s13，中央处理器(1)启动所述第一阶段程序的步骤；步骤s14,中央处理器(1)执行第二阶段程序的步骤；所述系统监控统计模块(14)获取应用程序的热信息时，所述工作方法还包括应用程序的热信息调用步骤，热信息划分为热信息A和热信息B，具体步骤如下：步骤s21,系统监控统计模块(14)获取应用程序的热信息的步骤；步骤s22，依照第二设定规则选取热信息A并将所述热信息A配置至片上非易失性存储器(13)当中的步骤；步骤s23,中央处理器(1)加载所述热信息A的步骤；步骤s24，中央处理器(1)加载热信息B的步骤；所述系统监控统计模块(14)每隔一设定时间间隔对所述片上非易失性存储器(13)中的内容进行更新；当系统重复上下电的间隔时间(T1)大于等于T2/N，其中，T2为系统使用时间，单位为分钟；N为所述片上非易失性存储器(13)的可擦写次数分钟时，所述系统监控统计模块(14)才会对所述片上非易失性存储器(13)中的内容进行更新；步骤s13之后，步骤s14之前，中央处理器(1)完成启动所述第一阶段程序后，判断所述第二阶段程序导入主存储器(3)或片上高速缓存器(2)的步骤是否执行完毕，如果没有执行完毕，继续等待；如果执行完毕，进入步骤s14；步骤s13中，还包括在启动所述第一阶段程序过程中，同时将第二阶段程序导入主存储器(3)或片上高速缓存器(2)的步骤；步骤s23中，还包括在启动所述热信息A过程中，同时将热信息B导入主存储器(3)或片上高速缓存器(2)的步骤。2.根据权利要求1所述的一种具有自学习功能的快速...

【专利技术属性】
技术研发人员：景蔚亮，陈邦明，
申请(专利权)人：上海新储集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：