[發明專利]一種基于指令分析的非易失處理器備份方法及系統

在審

• 申請號: 202010573190.1
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111737053A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 趙夢瑩;宋維寧;蔡曉軍;申兆巖;賈智平
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F11/14
• 分類號: G06F11/14
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 祖之強

本公開提供了一種基于指令分析的非易失處理器備份方法及系統，屬于自供能嵌入式系統技術領域，具體方法為：獲取能量預警信號；獲取下一條要執行的指令，根據指令的類型得到此指令的能量消耗；根據需要備份的數據，得到待備份所有數據的能量消耗；根據下一條要執行的指令的能量消耗、待備份的所有數據的能量消耗以及剩余能量，進行數據備份；本公開通過在指令高速緩存和核心處理器之間加入指令分析模塊，用于區分能耗不同的指令，再對比當前電容中的剩余能量、備份所需要的能量以及執行下一條指令的能量，最終指導整個系統的備份行為，實現了存儲能量的最大化利用。

技術領域

本公開涉及自供能嵌入式系統技術領域，特別涉及一種基于指令分析的非易失處理器備份方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

自供能嵌入式系統可以利用環境能源采集技術(Energy Harvesting)收集太陽能、機械能、電磁能等自然能量作為嵌入式系統的能源供應，該系統避免了傳統電池作為供電方式所帶來的可維護性和安全性較差、重量和體積較大等問題，通常應用在可穿戴或可植入式醫療設備、雪山森林物聯網環境檢測設備中。環境能源是一種綠色環保可再生的清潔能源，但是環境能源卻是不穩定的。在不穩定的能源供應下，嵌入式設備會面臨著頻繁斷電的風險，斷電后自供能嵌入式設備中存儲在易失性存儲器(Volatile Memory)的數據會丟失，在恢復供電后，程序必須重新執行，這種情況會帶來巨大的能量開銷和時間開銷，甚至在某些極端情況下，程序可能永遠無法執行完成。

為了使自供能嵌入式系統可以在不穩定的環境能源供電下可以執行斷電前未完成的程序進行間斷計算(Intermittent Computing)，非易失處理器(Non-VolatileProcessor，NVP)應運而生。在斷電發生時，非易失處理器可以將程序中存儲在易失性存儲器(Volatile Memory)的中間數據備份到附加的非易失存儲器中(Non-Volatile Memory，NVM)，并在能量恢復供應后將備份的數據恢復，繼續執行之前未執行完的程序。

本公開發明人發現，由于數據備份需要消耗能量，在設計非易失處理器的過程中需要一個能量預警閾值，在達到閾值后立刻進行備份以保證有足夠的能量用于備份操作，防止能量不足造成備份失敗產生的數據不一致問題，如果能量預警閾值設置的過大，備份消耗的較少，就會有部分的能量被浪費，而如果能量閾值設置的過小，則可能無法完整待備份數據的完整備份。同時，現有的非易失處理器在收到斷電信號后會選擇直接進行備份，以確保備份操作的安全性，這種備份策略叫做立即備份(Instant Backup)，盡管立即備份策略的安全性很高，但是在程序運行中高速緩存和內存中的一些數據是不需要備份的，這樣在備份后其實還有很多能量剩余在電容中，這些能量也會因為電容的漏電效應而消耗殆盡，造成了能量的浪費。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本公開提供了一種基于指令分析的非易失處理器備份方法及系統，在指令高速緩存和核心處理器之間加入指令分析模塊，用于區分能耗不同的指令，再對比當前電容中的剩余能量、備份所需要的能量以及執行下一條指令的能量，最終指導整個系統的備份行為，實現了存儲能量的最大化利用。

為了實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

本公開第一方面提供了一種基于指令分析的非易失處理器備份方法。

一種基于指令分析的非易失處理器備份方法，包括以下步驟：

獲取能量預警信號；

獲取下一條要執行的指令，根據指令的類型得到此指令的能量消耗；

根據需要備份的數據，得到待備份所有數據的能量消耗；

根據下一條要執行的指令的能量消耗、待備份的所有數據的能量消耗以及剩余能量，進行數據備份。