基于变长指令编码的代码压缩技术的研究

论文摘要

随着嵌入式技术的发展,嵌入式系统将更广泛地应用于人类生活的方方面面。在内存容量不足的嵌入式系统领域,软件开发技术面临新的挑战,如何减小代码大小、提高代码的效率,成为当前一个活跃的研究领域,因此,代码压缩技术是未来嵌入式发展的关键技术之一。本文先从嵌入式系统入手,分析了嵌入式系统及软件的应用特点,从而引出代码压缩问题。在对代码压缩和数据压缩比较和分析的基础上,得出了代码压缩的度量标准。接着分析了变长编码对代码压缩所带来的问题,包括代码可压缩的范围的减少和指令边界未知所导致的3个方面的问题。在此基础上我们提出了一种基于传统字典的压缩方案,利用了指令集结构中未使用的编码空间来对码字进行编码,并解决了由于变长指令字所导致的问题。本文对我们所设计的码字的编码方案、用于解压的流水线结构和分支跳转表(BAT)等具体设计细节都做了详尽地叙述。为了验证设计方案的正确性,我们设计了针对CR16C流水线的周期精准的仿真器,并应用所设计的压缩方法对MiBench基准测试程序中4个程序和1个常用的开源应用软件gzip进行了压缩实验,并获得了85.1%的压缩比,为了进行对比,分别把BAT的大小限制为512、1024和2048个条目,并计算了在周期内搜寻BAT所需要的时间总开销,并对实验结果进行了分析和总结。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 嵌入式系统发展现状
• 1.1.2 什么是嵌入式系统
• 1.1.3 嵌入式软件的特点及发展趋势
• 1.2 代码压缩
• 1.2.1 基本概念
• 1.2.2 代码压缩的特点
• 1.2.3 压缩的度量标准
• 第2章 代码压缩技术
• 2.1 代码压缩的研究背景
• 2.2 压缩技术研究现状
• 2.3 扩展指令集技术
• 第3章 基于变长指令编码的字典压缩方法
• 3.1 RISC和CISC
• 3.2 等长指令字和变长指令字
• 3.3 字典压缩
• 3.3.1 字典缩知识
• 3.3.2 指令的重复特性研究
• 3.3.3 程序中的指令重复性研究
• 3.4 代码压缩对于变长指令集存在的挑战
• 3.4.1 代码压缩范围的减少
• 3.4.2 指令边界无法获知所带来的问题
• 3.5 针对变长指令编码的压缩方案
• 3.5.1 指令压缩问题的数学描述
• 3.5.2 字典的设计和码字的编码
• 3.5.3 用分支地址表（BAT）处理跳转
• 第4章 解压缩的硬件设计与验证系统
• 4.1 解压缩硬件设计
• 4.1.1 解压缩的流水线结构设计
• 4.1.2 字典存储结构的设计
• 4.2 验证系统
• 4.2.1 PLI方式指令模拟器介绍
• 4.2.2 系统仿真
• 第5章 实验结果与总结展望
• 5.1 实验结果
• 5.1.1 压缩比率
• 5.1.2 结果分析
• 5.2 总结和展望
• 5.2.1 研究总结
• 5.2.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢