[發明專利]非易失處理器備份容量設定、內存備份方法及系統

有效

• 申請號: 201710038269.2
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106844103B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 趙夢瑩;李靜;賈智平;蔡曉軍;鞠雷;劉勇攀;薛春
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F11/14
• 分類號: G06F11/14;G06F3/06
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

本發明公開了非易失處理器備份容量設定、內存備份方法及系統；將原二進制程序反匯編成反匯編程序，依據反匯編程序中指令的先后關系建立程序控制流程圖CFG；CFG是control flow graph的縮寫；依據控制流程圖CFG建立整個程序的拓撲序列表Seq，依據拓撲序列表Seq的拓撲順序對每一條指令進行棧版本分析；輸出存儲整個程序的棧版本表SL和每條指令的棧的版本集合SVS；建立剩余能量分配模型；依據剩余能量分配模型進行可行備份點選擇；設計棧備份所需的非易失存儲器NVM空間；利用啟發式算法來確定備份標簽的位置：備份標簽的作用是為了接收到能量警告信號后，先讓程序繼續執行，直到遇到標簽再觸發備份操作。

技術領域

本發明涉及嵌入式系統(Embedded System)領域，尤其涉及非易失處理器備份容量設定、內存備份方法及系統。

背景技術

物聯網系統(cyber physical systems,簡稱CPS)作為計算進程和物理進程的統一體，是集成計算、通信與控制于一體的智能系統。像醫療網絡物理系統(MCPS)作為CPS的一個類別，它涉及到傳感器，嵌入式軟件和網絡能力等，而且需要開發可穿戴技術。可穿戴技術使得像血壓、體溫等測量儀器可方便攜帶，使用戶能夠及時監測自己的健康狀態。人們希望可穿戴設備設計得體積和重量都很小，以方便隨身攜帶。在可穿戴設備中，電池不再是具有優勢的供電方式，因為電池往往存在體積大、重量大、安全健康危險、需頻繁充電等缺點，因此，研究人員現在正積極尋求一些替代能源。在所有可能的解決方案中，能量采集(自供能)是滿足可穿戴設備的尺寸和功率要求的最有前途的技術之一。

能量采集器是周圍的環境中獲得能量，比如動能、電磁輻射(包括光和RF)、熱能等，并通過使用一些能量轉換技術實現對設備的電容進行充電，再對電子設備進行供電。這些能夠利用外界條件實現自己給自己充電的嵌入式系統，稱為自供能系統；這類嵌入式設備，稱為自供能設備(儀器)。由于自供能系統特殊的供電方式，導致他們都有一個固有的缺點，就是能量的不穩定性。因為能量不穩定就會使得整個系統會頻繁中斷，從而導致性能嚴重下降。可能存在的最壞的情況就是系統中的大型任務永遠不會完成。由于目前處理器中存儲單元均為易失性存儲，斷電后存儲內容會丟失，因此每次掉電后任務都需要重新從頭開始執行。

非易失存儲器(non-volatile memory，簡稱NVM)是指當電源關掉后,所存儲的數據不會消失的計算機存儲器，所以基于NVM的非易失處理器(non-volatile processors，簡稱NVP)，就能解決自供能系統中每次掉電任務需重新從頭開始運行的問題。如圖1所示，當每次發生掉電時，處理器中的內容，都將保存到NVM中做好備份，當下次供電恢復時，再從NVM中將備份內容拷貝到處理器中，恢復程序之前的狀態，然后接著繼續執行下去。

NVP系統的一般系統架構如圖2所示，從周圍的環境中采集的能量為整個系統供電。在NVP系統中同樣有專門存儲能量的單元如電容器，當電源不足時，利用電容器中的剩余能量將處理器中的需保存的內容備份到非易失性存儲器中。那么，在非易失處理器的設計中，需要給處理器配備多大的NVM用于備份是一個重要問題。需要備份的內容主要包括寄存器的內容和片上存儲器的內容兩大部分。一方面，嵌入式系統通常具有少量寄存器，其值在程序執行期間被頻繁修改。因此，對于寄存器組，在斷電發生時可以全部備份。另一方面，片上存儲器比寄存器大得多，如果斷電前片上存儲器中的內容全部備份，其所需要的性能和能耗開銷會很大，同時，保證所有易失邏輯都可以成功備份的安全設計是為處理器添加一塊與片上存儲同樣大小的NVM，這會導致可穿戴嵌入式設備體積和重量的明顯增長。因此，減小用于片上存儲備份的NVM的容量是提高可穿戴設備便攜性及性能能效的有效方式。

發明內容